Система зажигания двс

(54) СИСТЕМД ЗДжИГДНИЯ ДВС(57) Использование: в машиностроении приконСтруирования двигателей внутреннегосгорания, Сущность изобретения: системавключает датчики, содержащие подвижный и неподвижный магнитопроводы,блок согласования, катушку, коммутатор.Особенностью изобретения является то,Изобретение относи ению и может быть исп струировании ДВ С конструкцией и повыше системзажигания. Целью изобр ние надежности упрощения.. На фиг,1 представлена принци схема системы зажигания с поршн нитоэлектрическим датчиком; н фрагмент шатунно-поршневой разрезами возможных конст магнитопровода датчика; на фиг,З мости напряжения на входе ТК от при разных конструкциях феррит дечника; на фиг.4 - зависимости ния нэ входе ТК от угла и коленчатого вала при различной чтся к машиностроользовэно при конс упрощенной нной надежностью О етения является повышесистемы зажигания за счет ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) пиальная евйм мага фиг 2 - группы с.рукций- зависивремени ового сер- напряжео вороте астоте его что магнитоэлектрический датчик смонтирован на каждом цилиндре и вырабатывает управляющее напряжение за счет замыкания магнитопровода датчика ферритовым сердечником, смонтированным на поршне, ЭДС самоиндукции, возникшая в обмотке датчика, с возрастанием своей абсолютной величины уменьшает напряжение на входе, транзисторного коммутатора в момент его перехода через нуль в катушке зажигания возникает импульс высокого напряжения, который подается на контакт разрядника, и при подходе одного из поршней к ВМТ между его выступом и контактом разрядка происходит электрический разряд, что позволяет повысить надежность. 3 з,п. ф-лы,оборотов; на фиг,5 - расчетная и требуемая характеристики опережения зажигания для разработанной системы,Принципиальная схема системы зажигания, представленная на фиг.1, содержит шатунно-поршневую группу, изображенную в двух проекциях, и состоит из цилиндра 1 с гильзой, поршня 2 и головки 3 блока, причем на цилиндре размещен магнитопровод 4 поршневого магнитоэлектрического датчика 12, а на головке блока - искровой разрядник 5. В поршне 2 смонтирован ферритовый сердечник 6, а на днище поршня имеется выступ 7 для образования электрического разряда, когда поршень находится в ВМТ, Электрическая схема зажигания, кэк и в прототипе, включает в себя АКБ 8 с ЭДС ЕБ и внутренним сопротивлением ВБ, выключатель 9 зажигания, катушку 10 зажига 1800084ния, ТК 11 и отличающиеся от прототипа искровой разрядник (свечу зажигания) 5, поршневой магнитоэлектрический датчик 12, состоящий из магнитопровода 4 с обмоткой и сердечника 6, а также блок согласо вания - мостовую схему подключения датчика 13, отсутствующую в прототипе и содержащую резисторы нагрузки ТК И 1, В 2 и согласующие резисторы Бз, В 4. Все магнитоэлектрические датчики соединены в схе ме параллельно - на фиг,1 слева изображена обмотка датчика соседнего цилиндра и показано ее подключение.Система зажигания работает следующим образом. 15При подходе поршня 2 к ВМТ ферритовый сердечник 6 входит в зазор магнитопровода 4. Поскольку материал элементов 4 и 6 подобран так, чтобы его магнитная проницаемость многократно превышала проница емость материала блока цилиндров, совмещение названных элементов приводит к возрастанию магнитного потока в магнитопроводе и появлению ЭДС самоиндукции в обмотке датчика я=- б Ф Ит. Ука занная ЭДС создает управляющий сигнал на входе ТК, напряжение которого О=ря+аЕь,(1)30где р, ц - дробно-рациональные функции отвеличин сопротивлений Й 1 - Й 4, ЯБ, причемр О, ц 0 при выбранных значениях сопротивлений,С возрастанием абсолютной величины 35ЭДС е напряжение О уменьшается, и в момент его перехода через ноль на выходе ТКвырабатывается импульс низкого напряжения, подаваемый на вход катушки 10 зажигания. На выходе катушки зажигания 40возникает импульс высокого напряжения,подаваемый на разрядник 5. При подходепоршня 2 к ВМТ между выступом 7 на днищепоршня и контактом разрядника 5 происходит электрический разряд, Указанный импульс высокого напрякения подается такжена разрядники других цилиндров, однако вних разряд не происходит, поскольку соответствующие поршни в данный момент недостигают своей ВМТ. 50В разработанной системе выбором параметров конструкции поршневого магнитоэлектрического датчика и параметровэлектрицеской схемы удается полуцить требуемую характеристику опережения зажигания, Фиг.2, 3 и 4 иллюстрируютзависимость угла опережения зажигания наразных оборотах коленвала от названныхпараметров, Фрагмент шатунно-поршневой группы на фиг.2 представлен при положении поршня, не достигшего ВМТ. Выносной элемент чертежа, представленный на фиг,2 а, б, в, показывает взаимное положе.- ние магнитопровода, установленного на цилиндре 2 с гильзой, и сердечника 6 с различными сечениями треугольного профиля при положении поршня 2 в ВМТ,Фиг.З показывает зависимости напряжения О на входе ТКот временит при малых оборотах двигателя. Кривые 14, 15 и 16 соответствуют конструкциям сердечника, представленным на разрезах фиг,2, На графикеО = оЕБ - напряжение покоя (см. формулу (1;тамт - время достижения ВМТ;т 0 - момент входа вершины треугольного профиля сердечника в зазор магнитопровода;Ь - момент выработки импульса в ТК (обозначено только для случая а).Представленные зависимости иллюстрируют тот факт, что при заданной частоте вращения коленвала время опережения зажигания Л 1 = 1 вмт - тн зависит от конструкций и взаимного положения сердецника и магнитопровода - при треугольном профиле сердечника и заданных размерах магнитопровода прямоугольного сечения от величин , и (см.фиг,2), площади сечения сердецника. 3, а также зазора между сердечником и магнитопроводом д(на фигурах не показан). Кроме того, варьируя сопротивление Кз(фиг.1), можно изменять напряжение покоя О 0 практицески,не изменяя переменную составляющую О = р е. Этим обеспечивается зависимость начального опережения зажигания Ьло (на малых оборотах коленвала) от сопротивления ВзПри возникновении частоты оборотов двигателя увеличивается абсолютное значение ЭДС, самоиндукции 181, поскбльку уменьшается время совмещения сердечника и магнитопровода, следовательно, ускоряетсл изменение магнитного потока Ф.На фиг,4 показаны для случая а (фиг,2) зависимости напряжения О от угла апово- . рота коленвала относительно положения ВМТ (а= О) на малых, средних и максимальных частотах вращения п - кооб мин ленвала - соответственно кривые 17, 18 и 19, Можно видеть, что угол опережения зажигания - а увеличивается с ростом частоты вращения, т.ерегулирование опережения зажигания в предложенной схеме происходит автоматически. Можно видеть также, цто на максимальных оборо1800084 тах коленвала угол опережения приближается к углу а, соответствующему началувхода вершины сердечника в зазор магнитопровода.Для обеспечения эффективности работы системы зажигания параметры электрической схемы, показанной на фиг,1, должныудовлетворять следующим требованиям,Питающий обмотку датчика ток 4 малозависит от ЭДС е, иначе отрицательная обратная связь по току 4 может существенноослабить ЭДС самоиндукции,Переменная составляющая О на входеТК имеет порядок величины, соизмеримыйс ЭДС е, т,е. коэффициент р по формуле (1) 15попорядку величины близок к единице 1.Невыполнение этого требования можетпривести к необходимости предварительного усиления управляющего сигнала, Количественное данное требование можно 20. представить в виде ориентировочного неравенства р0,1;Напряжение покоя О 0 варьируется резистором Вз от нуля до максимального пе.ременного напряжения Омакс причем 25изменение напряжения О 0 мало влияет напеременную составляющую О, в противномслучае не гарантируется установка начального опережения зажигания.Потери мощности АКБ на питание пред. ложенной схемы достаточно малы.Для выполнения первого из поставленных требований достаточно, чтобы разностьпотенциалов Овс между точками В и С схемы (фиг,1) была существенно больше; чем 35ЭДС датчика 12. В дальнейшем полагаем, ичто внутреннее сопротивление батареи ВБ инамного меньшесопротивлений Я резисторов схемы, т.е. можно считать ВБ = О.Ниже постоянные составляющие токов 40 ти напряжений в схеме обозначаются верхним индексом "0", переменные составляющие (вызываемые ЭДС а) обозначеныСИМВОЛОМ фф,Положим 45 т.е. первое требование выполняется при условии (2).Проверим выполнение второго требования при соотношении номиналов(2), В предположении ЯБ= 0 для переменной составляющей управляющего напряжения имеем О =- Овс причем, пренебрегая самоиндукцией в обмотках датчиков других цилиндров (где поршень не достигает ВМТ), можем получить В 4 В 1+ В 5 Я 1 В 5 = В 4/(И).Отсюда ОВс =Я 4 В 1 В 4 В 5 + В 1 Я 4 ов( О ким обр ется пр окажем, вления му треб ношени получит лняти. рати реть сбо можн Я ъ + а 5 - аз адавар а+аь + а 1+ав а,+а а,Выберем го соотношен постоянное см вует: В 1 сминал В 1 = Вг, Изя имеем, что приещение на входе Т оследне з = В 4/ К отсутст вигателя,й составляющей 50- О,ОВс = 0,5 ЕБ,с учетом того, члучить В Яб,апри Вз В = 1,4, можно, отсюда для со Посколькуюавляющих тока 4 име о ВС Я 44я им образом, в этом случа где И - число цилиндров Тогда для постояннОвс имеем очевидно ЯЯ 1+ Я 4(4)и выбранном соотношении наминэта формула дает азом, требование р0,1 вы и числе цилиндров не боле что выбором постоянного соВг удается удовлетворить ванию, Для коэффициента О и (1) из уравнений КирхгофаО = - 0,5 ЕБе 3 Омакс,т.е третье требование также выполняется,Итак, для выполнения первых трехтребований достаточно следующих соотношений номиналов резисторов: В 1 = В 2= МЙ; Вз = В 1 - 100 В 1(6) Очевидно, четвертое требование можно удовлетворить выбором достаточно высокого сопротивления В 4, удовлетворяющую условию В 4Внх,В 1 = В 2 = В 4, Вз = В 1 - 100 В 1 Тогда вместо соотношения (3) имеем 0 ЕБ Овс =. +, а переменная составляющая на входе ТК,получаемая по формуле(4), изменится и станет равной (ср. с. формулой (5 Е И+1Для алюминиевого четырехцилиндрового блока с чугунными гильзами(магнитная проницаемость р = 600) и магнитопровода иЗ полосового железа (и = 6000) подбором параметров, и, 3, д при треугольном профиле сердечника (фиг.2), а также установкой сопротивления Вз удалось обеспечить характеристику опережения зажигания 0 (п) = 6 - а, представленную на фиг.5 кривой 20. Данная характеристика оказалась близкой к заданной (зависимость 21), Благодаря наличию в схеме переменного резистора. ВЗ удается изменять характеристику опережения зажигания при переходе на другие сорта топлива, а также компенсировать разряжение АКБ.Замена датчика-распределителя и свечей системы-прототипа поршневыми магнитоэлектрическими датчиками, подсоединенными к ТК через специальную мостогде Ввх - входное сопротивление ТК.Заметим, что если мощность используемых поршневых датчиков не обеспечиваетдостаточной величины напряжения (5), то его можно повысить за счет уменьшения постоянного смещения Овс. Вместо номиналов (6) в этом случае выберем номиналывую схему, и соответственно, электрически.ли разрядниками специальной конструкции позволяет устранить ряд возможных неисправностей, связанных со сложностью конструкции датчика-распределителя, В то же время поршневой магнитоэлектрический датчик каждого цилиндра представляет собой разрезной магнитопровод с обмоткой, смонтированный на цилиндре, и ферритовый сердечник, смонтированный на поршне, т,е. конструкция его проста и не имеет источников характерных отказов. Блок согласования, выполненный в виде мостовой схемы на резисторах, также прост и нэд 5 10 повышение надежности - достигается заявленным устройством. Кроме того, заявленная схема имеет простую механическую конструкцию сравнительно с прототипом: охарактеризованные выше датчик импуль 20 сав и распределитель прототипа имеют ряд сложных элементов, требующих высокой точности изготовления и регулировок при монтаже и эксплуатации, В то же время поршневые магнитоэлектрические датчики не 30 требуют жесткого контроля по допускам, поскольку их электрические параметры (ЭДС) самоиндукции на разных режимах работы двигателя) слабо зависят от погрешностей изготовления. 35 Формула изобретения 1, Система закигания ДВС, содержащая магнитоэлектрический датчик, которыйвключает выходную обмотку, первая и вто 40 рая клеммы которой являются его первой и второй выходными клеммами, подвижный магнитоправод и неподвижный магнитопровод, транзисторный коммутатор и катушку зажигания, которые соединены последовательно, К свечей зажигания (где И - число цилиндров ДВС), каждая из которых имеет первый высоковольтный контакт и второй, который соединен с общей шиной, аккумуляторную батарею и выключатель 50 зажигания, которые соединены последовательно, о т л и 4 а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надекности за счет упрощения, введены Ианалогичных магнито.электрических датчиков и блок 55 согласования, который имеет И входов, каждый из которых включает первую и вторую входные клеммы, и выход, который имеет первую, вторую и третью выходные клеммы, причем выходы всех датчиков соединены через блок согласования с входом транзи 15 ежен, а разрядники системы имеют те жеисточники отказов, что и обычные свечи (это главным образом появление нагара на контактах разрядника и нарушение зазора). Таким образом, цель изобретения10 1800084 1 сторного коммутатора, третья выходная клемма блока согласования соединена через соединенные последовательно аккумуляторную батарею и выключатель зажигания с первыми входными клеммами блока согласования, а выход катушки зажигания соединен с входами Й свечей зажигания, подвижный магнитопровод каждого магнитозлектрического датчика совмещен с поршнем цилиндропоршневой группы ДВС и расположен в верхней его части, неподвижный магнитопровод каждого магнитоэлектрического датчика совмещен с верхней частью корпуса цилиндра камеры сгорания ДВС, причем линия замыкания магнитного потока неподвижного магнитопровода и линия расположения подвижного магнитопровода при нахождении поршня камеры сгорания ДВС и ВМТ выполнены совпадающими.2. Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок согласования содержит й согласующих резисторов, первые клеммы которых являются соответственно вторыми клеммами М входом блока согласования, вторые клеммы которых соединены и являются первой клеммой выхода блока согласования, переменный резистор, первая 5 клемма которого соединена с первымивходными клеммами М входов блока согласования, вторая клемма которого соединена с второй выходной клеммой непосредственно и через делитель напряжения, который 10 включает первый и второй резисторы, соединенные последовательно с первой выходной клеммой блока согласования, причем третья выходная клемма блока согласования соединена с общей точкой первого и 15 второго резисторов делителя напряжения,3. Система поп.1, отличающаясятем, что подвижный магнитопровод Магни.тозлектрического датчика выполнен в виде треугольной ферритовой призмы.20 4. Система по пп.1 - 3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что в качестве второго контакта свечи зажигания используют контакт, который выполнен на верхней поверхности порш ия.1800084иг. 4Составитель А.Русаковедактор Т.Савина Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушев Заказ 1147 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб.; 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10