Система запалювання двигуна внутрішнього згорання

1 Система запалювання двигуна внутрішнього згорання, яка містить джерело живлення та котушку запалювання, перший вивід первинної обмотки якої підключено до виходу джерела живлення, а другий - до першого виводу ємкісного елемента, розподільник та свічки запалювання, формувач керуючих сигналів та електронний ключ, яка відрізняється тим, що до неї додатково введені переривач, формувач сигналу зворотного зв'язку та логічний елемент 2АБО-НІ, причому джерело живлення оснащено двома додатковими виходами, з яких перший з'єднано з мінусом джерела живлення через електронний ключ, а другий, разом з першим виводом формувача сигналу зворотного зв'язку, входом формувача керуючих сигналів та першим виводом переривача, другий вивід якого з'єднано з мінусом джерела постачання, з точкою з'єднання другого виводу первинної обмотки котушки запалювання та першого виводу ємкісного елемента, другий вивід якого підключено до мінуса джерела живлення, перший вхід елемента 2АБО-НІ з'єднано з другим виводом формувача сигнала зворотного зв'язку, його другий вхід - з входом формувача керуючих сигналів, а його вихід - з керуючим входом електронного ключа 2 Система за п 1, яка відрізняється тим, що джерело живлення виконане у вигляді послідовно з'єднаних акумуляторної батареї, ключа запалювання та підвищувального перетворювача напруги 3 накопичувачем енергії з трьома виходами, причому мінус акумуляторної батареї є мінусом дже рела живлення, точка з єднання ключа запалювання та входу підвищувального перетворювача напруги утворює вихід джерела живлення, виходи підвищувального перетворювача від'єднані гальванічно від акумуляторної батареї, його позитивний вихід утворює перший додатковий вихід джерела живлення, а негативний - другий додатковий вихід джерела живлення 3 Система за пп 1, 2, яка відрізняється тим, що формувач сигналу зворотного зв'язку виконано, наприклад, у вигляді з'єднаних послідовно резистора та конденсатора 4 Система за п 2, яка відрізняється тим, що формувач керуючих сигналів містить з'єднані послідовно пристрій пригнічення "деренчання" контактів переривача та пристрій кутового обмеження тривалості іскрового розряду 5 Система за п 4, яка відрізняється тим, що пристрій пригнічення "деренчання" контактів переривача містить логічний елемент НІ, вхід якого підключено через перший резистор до вхідного виводу пристрою, а його вихід з'єднано через зворотний діод з вихідним виводом пристрою, підключеним також через другий резистор до виходу джерела живлення, а через конденсатор - до мінусу джерела живлення 6 Система за п 5, яка відрізняється тим, що пристрій кутового обмеження тривалості іскрового розряду містить RS-тригер, виконаний на двох логічних елементах 2І-НІ, вхід установлення якого з'єднано через перший конденсатор з вхідним виводом пристрою, а через перший резистор - з виходом джерела живлення, а його вхід скидання - з виходом операційного підсилювача та через другий конденсатор - з інвертуючим входом операційного підсилювача, який підключено також через ланцюжок, що складається із з'єднаних послідовно зворотного першого діода та другого резистора, паралельно якому підключено ланцюжок із послідовних прямого другого діода та третього резистора, з інвертуючим виходом RS-тригера, неінвертуючий вихід якого є виходом пристрою, а на нешвертуючий вхід операційного підсилювача подається напруга зміщення О (О ю ю ю 54556 Винахід має відношення до імпульсної техніки, зокрема, до пристроїв регулювання параметрів искрового розряду, і може бути використано спільно з класичною батарейною системою запалювання Відомий засіб запалювання палевноповітряної суміші та системи запалювання для його здійснення [1], у ВІДПОВІДНОСТІ до якого паливно-повітряну суміш запалюють шляхом подання високачастотних імпульсів напруги на електроди, які підключені до вторинної обмотки котушки запалювання, причому, частоту імпульсів напруги змінюють в залежності від величини струму у вторинній обмотці котушки запалювання, а система запалювання містить джерело струму та підключені до нього послідовно первинну обмотку котушки запалювання та електронний ключ, на вхід керування якого підключені послідовно формувачі сигналу моменту запалювання та генератор імпульсів, вхід керування частотою якого підключено через формувачі сигналу зворотного зв'язку по струму у котушці запалювання до точки з'єднання первинної обмотки котушки запалювання та електронного ключа Недоліком цього засобу та пристрою є те, що вони не забезпечують достатньо повне згорання палива та зниження рівня токсичності продуктів горіння з причини низьких частот та енергії іскроутворювання Частота повторення іскр обмежена необхідністю забезпечення у кожному такті генератора імпульсів достатнього часу для накопичення енергії в первинній обмотці котушки запалювання, а енергія іскроутворення знижена за рахунок недостатньої частоти повторення іскр, пауз між іскрами та не використання негативних полухвиль напруги на первинній обмотці котушки запалювання Відома також система запалювання двигуна внутрішнього згорання [2] містить джерело постачання з акумуляторною батареєю, ключем запалювання, підвищуючим перетворювачем напруги та ємкісним накопичувачем, котушку запалювання з підключеним до її первинної обмотки паралельно ємкісним елементом, розподільник та свічи запалювання, а також формувач керуючих сигналів, блок формування серії імпульсів з одновибратором, автогенератором і перетворювачем "частота - напруга" та електронний ключ Ця система забезпечує більш повне згорання палива та зниження токсичності вихлопних газів, дякуючи більш високій енергії та частоті іскр запалювання змінного струму По сукупності ознак така система є найбільш близькою до винаходу, тому означена як прототип Система має такі недоліки недостатнє згорання палива та висока токсичність вихлопних газів із-за відсутності автоматичної корекції частоти імпульсів запалення у процесі горіння паливо-повітряної суміші, низька надійність тому, що при установці системи на автомобіль потрібна повна переробка штатної системи Повернення до неї в разі відмови вказаної вище системи потребує значних зусиль та певного ступеню кваліфікації, складність, яка пов'язана з наявністю спеціа льного блоку формування серії імпульсів з одновібратором, автогенератором та перетворювачем "частота - напруга" та виконанням підвищуючого перетворювача напруги таким, який необхідно регулювати, низька швидкодія примусової корекції параметрів серій іскр із-за наявності у каналах управління перетворювача "частота - напруга", велике споживання енергії, пов'язане з тим, що система не тільки підтримує процес коливання у котушці запалювання з ємкісним елементом, але й повинна ініціювати перший пробій міжелектродного проміжку у свічах в кожній серії, а, так як котушка запалювання працює в режимі прямої трансформації, як в звичайній теристорній системі запалювання, підвищуючий перетворювач напруги повинен мати велику вихідну напругу (не менш 300V) і, як наслідок, низький ККД, складність регулювання пов'язана з необхідністю точної установки частоти автогенератора, збиткова ерозія свічей та високий рівень електромагнітних перешкод із-за однополярного характеру струму у свічах запалювання та великого рівня ємкісних складових розряду, зниження якого в системі по прототипу неможливе без зменшення енергії іскроутворювання з причини швидкого затухання індуктивних складових, які розташовані в паузах між ємкісними складовими В основу винаходу поставлена задача удосконалення системи запалювання двигуна внутрішнього згорання шляхом здійснення підпитки коливального контура, утвореного ємкісним елементом та котушкою запалювання, енергією від підвищуючого перетворювача напруги під час негативних напівхвиль напруги, одержати високу частоту іскр та енергію іскроутворювання при автоматичній корекції частоти імпульсів запалювання під час горіння паливо-повітряної суміші, збільшення швидкодії, зниження рівня електромагнитних перешкод, зменшення ерозії свічей та, як результат, створити ефективну, надійну, просту, швидкодіючу, економічну, таку, що не потребує регулювання, систему запалювання ДВЗ, яка забезпечує більш повне згорання палива та зниження рівня токсичності продуктів горіння (вихлопних газів) Поставлена задача вирішується тим, що в ВІДОМІЙ системі запалювання, яка містить джерело постачання, котушку запалювання, перший вивід первинної обмотки якої підключено до виходу джерела постачання, а другий - до першого виводу ємкісного елемента, розподілювач та свічки запалювання, формувач керуючих сигналів та електронний ключ, у ВІДПОВІДНОСТІ до винаходу до схеми пристрою додатково введені переривник, формувач сигналу зворотного зв'язку та логічний елемент 2АБО-НІ, причому джерело постачання оснащено двома додатковими виходами, з яких перший з'єднано через електронний ключ з мінусом джерела постачання, другий, разом з першим виводом формувача сигналу зворотного зв'язку, входом формувача керуючих сигналів та виводом переривника, другий вивід якого з'єднано з мінусом джерела постачання, - з точкою з'єднання другого виводу первинної обмотки котушки запалювання та першого виводу ємкісного елемента, 54556 переривача 11 При цьому формувач 12 встановдругий вивід якого підключено до мінусу джерела лює сигнал низького логічного рівню на другому постачання, перший вхід логічного елемента вході елемента 8 2АБО-НІ на той період часу, який 2АБО-НІ з'єднано з другим виводом формувача визначає тривалість пачки іскр у кожному такті сигналу зворотного зв'язку, його другий вхід - з іскроутворення Сигнал зворотного зв'язку під час виходом формувача керуючих сигналів, а його негативної напівхвилі напруження на обмотці З вихід - з керуючим входом електронного ключа котушки запалювання 2 надходить через формуНа фіг 1 наведена функціональна схема сисвач 9 на перший вхід елемента 8 2АБО-НІ, після теми запалювання двигуна внутрішнього згорання чого електронний ключ 7 відчиняється На фіг 2 наведена функціональна схема формувача керуючих сигналів системи запалювання Конденсатор 16 джерела постачання 1, заряджений до підвищеної напруги (біля 100 V) виявНа фіг 3 наведені епюри напруги, які пояснюляється включеним послідовно з акумуляторною ють роботу формувача керуючих сигналів, де батареєю 13 та обмоткою 3 котушки 2 запалюванА - стан контактів переривача на вході формуня Ця сумарна напруга перезаряджає конденсавача керуючих сигналів і на вході пристрою отритор 10 та форсує реверс струму в обмотці 3 котумання "дребізгу" контактів, шки 2 Коливальний контур, утворений конденсаБ - напруга на виході логічного елемента НІ тором 10 та котушкою 2, отримує підпитку енергіпристрою отримання "дребізгу" контактів, єю, внаслідок чого струм в обмотці 5 у прямому В - напруга на виході пристрою отримання напрямку суттєво зростає в порівнянні зі значен"дребізгу" контактів, ням, яке має місце у випадку затухаючих коливань Г - сигнал на вході установки RS -тригера, у контурі без підпитки Коли негативна полухвиля Д - сигнал на інвертуючому виході RS напруги на обмотці 3 проходить через нульове тригера, значення та стає позитивною, на виході формуваЕ - напруга на вході зброса RS - тригера, ча 9 з'являється сигнал низького логічного рівня та Ж - сигнал на виході формувача керуючих сигключ 8 замикається, перериваючи струм у прямоналів му напрямку через обмотку 3 Далі коливальний Система запалювання (фіг 1) містить джерело незатухаючий процес повторюється за відрізок постачання 1, з трьома виходами, котушку 2 запачасу, коли формувач 12 підтримує сигнал низького лення з первинної 3 та вторинної 4 обмотками, логічного рівня на другому вході елемента 8 розподільник 5 запалювання, свічи 6 запалювання, електронний ключ 7, логічний елемент 8 2АБО-НІ, Формувач 12 керуючих сигналів (фіг 2) запаформувач 9 сигналу зворотного зв'язку, ємкісний лювання містить послідовно з'єднані пристрій 17 елемент 10, переривач 11 та формувач 12 керуюпригнічення "дребізгу" контактів переривача та чих сигналів Вихід джерела 1 постачання з'єднано пристрій 18 кутового обмеження тривалості іскроз першим виводом первинної обмотки 3, котушки вого розряду Під час розмикання контактів перезапалювання 2, його перший додатковий вихід ривача 11 на вході елемента 20 НЕ з'являється з'єднано через електронний ключ 7, керуючий вхід сигнал високого логічного рівня (фіг З, А), а на його якого з'єднано з виходом елемента 8 2АБО-НІ, з виході - низького (фіг З, Б) Конденсатор 23 розрямінусом джерела постачання джається через діод 21 та вихід елемента 20 (фіг З, В) Другий додатковий вихід джерела 1 постачання з'єднано з другим виводом первинної обмотки З В разі поязи "дрєбізгу" контактів переривача котушки 2 запалювання безпосередньо, з мінусом 11 конденсатор 23 розряджається вже при першій джерела 1 постачання через паралельні ємкісний появі короткого сигналу низького логічного рівня елемент 10 та переривач 11, з першим входом на виході елемента 20 Затримка заряду конденелемента 8 2АБО-НІ - через формувач 9 та з друсатора 23, дякуючи наявності резистора 22 в лангим входом елемента 8 2АБО-НІ - через формувач цюзі його заряду, забезпечує підтримку конденса12 тора 23 в розрядженому стані під час "дребізгу" контактів та при їх замиканні У системі запалювання джерело постачання 1 містить послідовно з'єднані акумуляторну батарею Ланцюжок R26 С25 диференціює напругу на 13, мінус якої є мінусом джерела постачання 1, конденсаторі 23 (фіг З, В) та формує короткі сигключ 14 запалювання та підвищуючий перетворюнали установки на вході RS-тригера 24 (фіг З, Г) вач 15 напруги з ємкісним накопичувачем 16 енерНа інвертуючому виході тригера 24 з'являється гії та з гальванічною розв'язкою від акумуляторної сигнал високого логічного рівня (фіг З Д), на його батареї Точка з'єднання ключа 14 запалювання та інвертуючому виході та виході формувача 12 входу перетворювача 16 утворює вихід джерела низького (фіг З, Ж) Напруга на виході операційнопостачання 1, позитивний вихід перетворювача 16 го підсилювача 27, підключеного за схемою інтегутворює перший додатковий вихід джерела постаратора, ЛІНІЙНО зменшується до рівня збросу тричання 1, а негативний вихід - другий додатковий гера 24 (фіг З Е), після чого він знову вихід джерела постачання 1 переключається (фіг З, Е) Сигнали на його виходах реверсируються (фіг З, Д, Ж), а напруга на Формувач 12 керуючих сигналів системи запавиході підсилювача 27 ЛІНІЙНО зростає до надхолювання містить послідовно з'єднані пристрій 17 дження наступного сигналу установки Далі процес пригнічення "дребізгу" контактів переривача та повторюється Дякуючи вибору асиметрії ланцюжпристрій 18 кутового обмеження тривалості іскроків заряду (диод 29, резистср ЗО) та розряду (діод вого розряду 31, резистор 32) конденсатора 23 можливо встаВ процесі роботи системи запалювання (фіг 2) новити будь-яку кутову тривалість вихідного сигвисокочастотний коливальний процес іскроутвоналу низького логічного рівня на виході формувача рення починається після розмикання контактів 12 у діапазоні від 0° до 45° кута повороту розподільника 5, яка підтримується з високою точністю у широкому діапазоні частот обертання Система забезпечує більш повне згорання палива та зниження токсичності вихлопних газів, дякуючи автоматичному завданню частоти імпульсів запалювання в залежності від зміни параметрів паливно-повітряної суміші у процесі її згорання В результаті взаємодії плазми палива, яке горить, з електромагнітним полем навкруги електродів свічок запалювання змінюються частотні характеристики обмоток котушки запалювання та, ВІДПОВІДНО, резонансна частота коливального контуру, утвореного індуктивністю первинної обмотки котушки запалювання та приведеної до неї вторинної та ємкісним елементом В системі передбачено не жорстке завдання частоти коливань, а здійснюється організація незатухаючих автоколивань у коливальному контурі, індуктивність якого безпосередньо корелюється процесом горіння паливно-повітряної суміші Система запалювання підвищує надійність системи запалювання двигуна внутрішнього згорання, т я для її установки не передбачається демонтаж штатної системи запалювання, і вона повністю зберігається Система підключається до штатної за допомогою чотирьох дротів, при цьому у штатній системі необхідно зробити тільки одне роз'єднання Тому, в разі відмови запропонованої системи, вона буде продубльована штатною системою, перехід до якої не буде важким Запропонована система запалювання істотно простіша пристрою за прототипом, бо в її схемі відсутній блок формування серії імпульсів, які містять одновібратор, автогенератор та перетворювач "частота-напруга", замість якого введені три простих елемента переревник, формувач сигналу зворотного зв'язку та логічний елемент 2АБО-НІ Крім того, додаткове спрощення досягнуте за рахунок виконання підвищуючого перетворювача напруги таким, що не регулюється, бо він має малу МІЦНІСТЬ Швидкодія запропонованої системи істотно 54556 8 підвищена, т я швидкість корекції частоти встановлюється тільки швидкістю змін концентрації плазми біля електродів свічей, а перетворювач "частота - напруга" відсутній Система запалювання потребує значно менше енергії, бо енергія підвищуючого перетворювача напруги не витрачається на ініціацію первинного пробою, а витрачається тільки на підтримання автоколивань Оскільки фаза імпульсів підкачки енергії у коливальний контур встановлюється автоматично, помилка у фазі виключена і нема необхідності створювати запас енергії на випадок "уходу" фази або помилки примусового завдання частоти, як у пристроі-прототипі Крім того, так як підвищена напруга у запропонованій системі суттєво знижена (не більш 100V) ККД підвищуючого перетворювача більше, а споживання енергії менше Система не потребує зовсім ніякого первісного регулювання частоти, бо частота багатократного іскроутворювання встановлюється оптимальною автоматично У запропонованій системі ерозія свічок та рівень електромагнітних перешкод суттєво знижені, т я між електродами свічей тече не імпульсний однополярний, а змінний струм, причому ємкісна складова струму іскрового розряду в кожній пачці іскр присутня у чистому вигляді тільки під час першої іскри Вказані ознаки невідомі авторам з вітчизняних та зарубіжних джерел, тому вони є суттєвими та новими Запропоноване рішення наявним чином не витікає з сучасного рівня техніки та не є наявним для фахівців в галузі автомобільної електроніки Рішення може бути відтворено відомими засобами виробництва Тому воно відповідає критеріям винаходу та йому може бути надано правовий захист Джерела інформації 1 Патент Роси №2004835 С1 F02 Р 15/00, 1992 2 Патент Роси №2069791 С1 F02 Р 15/10, 3/08, 1992 (прототип) і ФІГ.1 2 54556 Чг U? й ЪхІ л-гН -J Вых 2д 29 30 -00—н