Система плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння

Система плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння, яка містить іскрове запалювання та плазмове запалювання, що містить інвертор, який включає трансформатор, що має первинну обмотку, яка складається із двох частин, з'єднаних послідовно, вторинну обмотку, ви ходи яких з'єднані з першим і другим діодними випрямлячами, вихід якого є виходом інвертора, яка відрізняється тим, що інвертор виконано у вигляді 3 31503 льно підключено по резистору, зв'язані між собою послідовно, при цьому полярність підключення діода в точці з'єднання з обкладкою конденсатора на виході є прямою стосовно входу системи іскрового запалювання [патент №2094645, RU, F02P3/01, 1997]. Недоліком такого поєднання систем плазмового та іскрового запалювання в комбінованій системі плазмового запалювання для двигунів внутрішнього згоряння є обмежена надійність системи запалювання внаслідок відсутності стабілізації плазмоутворюючої високої напруги, що змінюється в досить широких межах залежно від режиму роботи двигуна внутрішнього згоряння. Так, якщо при запуску двигуна з недостатньо зарядженим акумулятором або при низькій температурі навколишнього повітря перетворювач напруги забезпечує достатню для надійного плазмоутворення напругу, то при номінальних обертах двигуна вона виявиться надлишковою, що провокує пробій високовольтних електронних елементів, часткову або повну відмову системи запалювання та викликає необхідність використання більше високовольтних, а отже, більше дорогих елементів системи запалювання. Відома комбінована система плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння (прототип), яка містить з'єднані послідовно іскрове запалювання і плазмове запалювання, що містить інвертор, який включає трансформатор, що має обмотку керування, первинну обмотку, яка складається із двох частин, з'єднаних послідовно, вторинну обмотку, ви хід якої є ви ходом інвертора, перший і другий транзистори, колектори яких з'єднані відповідно з початком і кінцем первинної обмотки, бази яких з'єднані з початком і кінцем обмотки керування, перший і другий діоди, перший резистор, джерело живлення, плюсова клема якого з'єднана із загальною шиною, при цьому з метою підвищення надійності, в інвертор плазмового запалювання уведені другий резистор і конденсатор, причому база першого і другого транзисторів з'єднані відповідно через з'єднані послідовно перший діод і перший резистор, другий діод і другий резистор із загальною шиною, емітери перших, други х транзисторів з'єднані безпосередньо через уведений перемикач із плюсовою клемою і через конденсатор із загальною шиною, обидві частини первинної обмотки трансформатора виконані симетричними, а їхня середня точка з'єднана із загальною шиною [патент №2019727, RU, F02P3/01, F02P15/10, 1994]. Недоліком комбінованої системи плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння є застосування в інверторі для одержання високої плазмоутворюючої напруги дискретних активних електронних елементів, які мають обмежену надійність у ланцюгах високої напруги, що істотно обмежує рівень плазмоутворюючої напруги, величина якої є визначальним параметром ефективності попередньої іонізації при обмеженому часі попередньої іонізації на високих швидкостях обертання двигуна і не забезпечує надійне запалення економічно та екологічно доцільної перезбідненої паливоповітряної суміші. 4 В основу корисної моделі поставлене завдання вдосконалення комбінованої система плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння за допомогою використання замість обмеженої надійності електронного інвертора плазмоутворюючої напруги та напруги запалювання з'єднаного з бортовим генератором змінного струму значно більше надійного підвищувального трансформатора разом з безконтактним електронним розподільником запалювання та живленням системи запалювання досить потужною стабільною напругою бортового генератора змінного струму, що забезпечує істотне підвищення економічних і екологічних характеристик двигунів внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням, інноваційний потенціал яких у сучасному моторобудуванні практично вичерпаний. Поставлене завдання досягається тим, що система плазмового запалювання для двигуна внутрішнього згоряння, яка містить іскрове запалювання і плазмове запалювання, яке містить інвертор, що включає трансформатор, який має первинну обмотку, що складається із двох частин, з'єднаних послідовно, вторинну обмотку, виходи яких з'єднані з першим і другим діодними випрямлячами, вихід якого є виходом інвертора, при цьому інвертор виконано у вигляді трифазного підвищувального трансформатора, первинна обмотка якого за допомогою автоматичного комутатора з'єднана з фазними обмотками бортового трифазного генератора змінного струму, одна із частин вторинної обмотки трифазного трансформатора з'єднана з першим трифазним діодним випрямлячем, який з'єднаний з накопичувальним конденсатором, який з'єднаний з первинними обмотками котушок запалювання тиристорними ключами, керуючі входи яких з'єднані з розподільником запалювання, а друга частина вторинної обмотки трифазного трансформатора з'єднана із другим трифазним діодним випрямлячем, який з'єднаний із другим накопичувальним конденсатором, який з'єднаний із вторинними обмотками котушок запалювання, які з'єднані зі свічками запалювання. Використання для інвертування напруги бортової мережі транспортного засобу підвищувального трифазного трансформатора, що не має транзисторів та інших електронних елементів, дозволяє значно збільшити інтегральну надійність системи запалювання. Використання автоматичного комутатора дозволяє змінювати коефіцієнт трансформації трифазного трансформатора інвертора напруги відповідно до величини напруги, що розвивається бортовим генератором, при запуску й роботі двигуна. Підключення первинних обмоток трансформатора до фазних обмоток бортового генератора змінного струму забезпечує стабілізацію напруги запалювання внаслідок контролю й регулювання напруги генератора автомобіля та необхідну потужність перетворювача напруги для 8-12 циліндрових двигунів. Наявність з'єднаних з котушками запалювання тиристорних ключів виключає необхідність використання контактного механічного розподільника 5 31503 напруги запалювання, що також підвищує надійність системи запалювання та забезпечує використання електронного мікропроцесорного керування системою запалювання. Застосування замість електронного інвертора плазмоутворюючої напруги підвищувального трифазного трансформатора забезпечує виняткову надійність запалювання перезбідненої паливоповітряної суміші та системи плазмового запалювання в цілому. Застосування з'єднаних із джерелом плазмоутворюючої напруги за допомогою вторинних обмоток котушок запалювання свічок запалювання забезпечує тривалу ефективну попередню іонізацію паливоповітряної суміші. Будова системи запалювання наведено на Фіг. Система плазмового запалювання містить підвищувальний трансформатор 1, первинні обмотки якого за допомогою автоматичного комутатора 2 приєднані до фазних обмоток бортового генератора 3 змінного струму. Перші частини вторинних обмоток підвищувального трансформатора 1 через трифазний випрямляч з'єднані з накопичувальним конденсатором 4, який за допомогою тиристорних ключів 5, 6 з'єднаний з первинними обмотками 7, 8 котушок запалювання. Керуючі входи тиристорних ключів 5, 6 з'єднані з електронним розподільником запалювання 9. Другі частини вторинних обмоток підвищувального трансформатора через трифазний випрямляч з'єднані з накопичувальним конденсатором 10, який через вторинні обмотки 11, 12 котушок запалювання з'єднаний зі свічками запалювання. Система плазмового запалювання працює в такий спосіб. Для підвищення економічних і екологічних характеристик двигунів вн утрішнього згоряння найбільш доцільне використання перезбіднених паливоповітряних сумішей з коефіцієнтом надлишку повітря 1,2-1,6, надійне запалення якої досягається використанням імпульсу з великою швидкістю наростання напруги (струм у). У той же час цей імпульс повинен мати досить велику тривалість для ефективного допалювання запаленої суміші. Ці вимоги взаємовиключні, оскільки широкий імпульс практично не може мати крутих фронтів, а імпульс із крутими фронтами не може бути широким. Це пов'язано з неможливістю знизити відношення індуктивності обмоток високовольтної котушки до індуктивності розсіювання та зменшити паразитні ємності високовольтних ланцюгів нижче певного рівня. Тому для ефективного запалення робочої суміші застосовують її попередню іонізацію напругою 3-10кВ перед запаленням, а оскільки ступінь іонізації визначається величиною іонізуючої напруги та тривалістю процесу попередньої іонізації, але величина іонізуючої напруги обмежена необхідним ступенем надійності системи запалювання, доцільно збільшити час іонізації при одночасній стабілізації іонізуючої напруги. Всі існуючі системи плазмового запалювання містять загальний високовольтний електронний інвертор плазмоутворюючої напруги бортової мережі автомобіля, який містить певну кількість електронних компонентів, вихід з ладу будь-якого з них приво 6 дить до повної відмови всієї системи запалювання, а установка окремих інверторів напруги на кожну свічку для чотирьох - дванадцятициліндрових автомобільних двигунів економічно недоцільна. При обертанні бортового генератора 3 змінна трифазна напруга трансформується трифазним трансформатором 1, випрямляється трифазними випрямлячами і на накопичувальному конденсаторі 4 розвивається напруга 400-600В, достатня для використання індукційних котушок запалювання, але недостатня для надійного запалювання перезбідненої паливоповітряної суміші, а на накопичувальному конденсаторі 10 розвивається плазмоутворююча напруга 3-10кВ, достатня для ефективної іонізації паливоповітряної суміші, але недостатня для спонтанного пробою іскрового проміжку свічки запалювання. При прокручуванні в процесі запуску двигуна стартером напруга бортового генератора 3 становить 20-30% номінальної, тому автоматичний комутатор 2 підключає до фазних обмоток генератора тільки частину первинних обмоток трансформатора 1, що збільшує коефіцієнт трансформації та забезпечує одержання у вторинних обмотках трансформатора 1 і на накопичувальних конденсаторах 4, 10 напруги, достатньої для ефективної попередньої іонізації та надійного запалення робочої суміші в циліндрах двигуна. Оскільки всі свічки запалювання через вторинні обмотки 11, 12 котушок запалювання з'єднані з накопичувальним конденсатором 10, плазмоутворююча напруга подається одночасно на всі свічки запалювання двигуна та здійснює тривалу ефективну попередню іонізацію у всіх циліндрах двигуна згідно порядку роботи циліндрів. Керуючі імпульси електронного розподільника запалювання 9 відкривають тиристорні ключі 6, 7 відповідно до порядку роботи циліндрів двигуна, накопичувальний конденсатор 4 розряджається через первинні обмотки 7, 8 котушок запалювання, у результаті чого у вторинних обмотках котушок виникає імпульс високої напруги та виникає іскровий розряд на свічках запалювання, достатній для надійного запалення перезбідненої паливоповітряної суміші. Одночасно через утворений між електродами свічки іонізований канал відбувається розряд накопичувального конденсатора 10, який триває на протязі декількох мілісекунд внаслідок значного електричного опору вторинних обмоток 11, 12 котушок запалювання. Накопичувальний конденсатор 10, вторинні обмотки 11, 12 і розрядний міжелектродний проміжок свічки запалювання утворюють замкнутий послідовний коливальний контур, у якому збуджується коливальний процес і накопичена в конденсаторі 10 електрична енергії викидаються в камеру згоряння у вигляді електромагнітного випромінювання. Описаний тристадійний процес запалювання із крутим фронтом, значною тривалістю імпульсу та випромінюванням електромагнітних хвиль забезпечує надійне запалення і підтримку горіння перезбідненої паливоповітряної суміші. Після запуску двигуна з'єднаний із системою контролю режиму генератора (контрольною лампою генератора) автоматичний комутатор 2 повністю підключає первинні обмотки трансформатора 1, що змінює коефіцієнт транс 7 31503 формації та виключає виникнення надлишкової перенапруги. Напруга бортового генератора 3, від фазних обмоток якого живиться система плазмового запалювання, до цього моменту досягає номінального значення і підтримується стабільною за допомогою штатного регулятора напруги, що забезпечує доста тню потужність перетворювача напруги, стабілізацію плазмоутворюючої напруги і напруги запалювання. Таким чином, пропонована система плазмового запалювання має високу надійність і ефективність запалення перезбідненої паливоповітряної суміші внаслідок використання замість обмеженої Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 8 надійності електронного інвертора плазмоутворюючої напруги і напруги запалювання з'єднаного з бортовим генератором змінного струму значно більше надійного підвищувального трансформатора разом з безконтактним електронним розподільником запалювання та живленням системи запалювання досить потужною стабільною напругою бортового генератора змінного струму, що забезпечує істотне підвищення економічних і екологічних характеристик двигунів внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням, інноваційний потенціал яких у сучасному моторобудуванні практично вичерпаний. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601