КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
COMBINED PIEZOELECTRIC IGNITION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, а именно к системам зажигания для двигателей внутреннего сгорания.
Известна пьезоэлектрическая система зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая пьезоэлектрический генератор с пьезоэлементами, периодически деформируемыми механизмом нагружения, электрически соединенными со свечой зажигания (авт. свид-во СССР №554415, кл. F02Р 3/12, 1977).
Недостатком данной системы является малая длительность искрового разряда в свече двигателя внутреннего сгорания. Вследствие этого система, у которой отсутствует устройство для увеличения длительности искрового разряда, не в состоянии воспламенить горючую смесь, т.е. практически неработоспособна.
Известна система зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, первичная обмотка которой подключена к источнику питания через электронный ключ, емкостный элемент, включенный между выводами первичной обмотки, и блок формирования серии импульсов, вход которого связан с формирователем управляющих сигналов, а выход подключен к входу управления электронного ключа (патент РФ №2069791 С1, кл. F02P 15/10, F02P 3/08, 1996).
Недостатком этой системы является необходимость питания цепи искрообразования от источника питания большой мощности, с целью обеспечения достаточного для искрообразования напряжения при пуске двигателя внутреннего сгорания. Это приводит к повышенному износу свечей зажигания из-за работы системы при более высоких токах и напряжениях, чем это необходимо, после того, как двигатель запущен.
Также известна комбинированная система плазменного зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая соединенные последовательно искровое зажигание и плазменное зажигание (патент РФ №2019727 С1, кл. Р02P 3/01, F02P 15/10, 1995).
Однако предложенная система зажигания сложна в выполнении, а в эксплуатации ненадежна.
Наиболее близким техническим решением является система зажигания, включающая источник питания, катушку зажигания, коммутирующий элемент, устройство усиления и формирования сигналов, а также блок сигнала обратной связи (патент РФ №2004835, кл. F02Р 15/10, 1992).
Недостатком этой системы является существование зависимости энергии искрообразования от напряжения источника питания, т.е. при снижении напряжения источника питания, что происходит часто при эксплуатации, особенно при низких температурах, количество этой энергии, как правило, недостаточно для обеспечения надежного воспламенения рабочей смеси при запуске двигателя. Это приводит к затрудненному пуску двигателя внутреннего сгорания и снижению надежности системы зажигания.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности системы зажигания за счет снижения необходимого для искрообразования напряжения.
Задача достигается тем, что комбинированная система пьезоэлектрического зажигания, содержащая основную систему зажигания, включающую в себя соединенные параллельно источник питания, катушку зажигания, генератор импульсов и формирователь момента зажигания, соединенный с первым входом генератора импульсов, электронный ключ, который соединен с первичной обмоткой катушки зажигания и с выходом генератора импульсов, формирователь сигнала обратной связи, вход которого соединен с точкой соединения катушки зажигания с электронным ключом, а выход соединен со вторым входом генератора импульсов, свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания, соединенную со вторичной обмоткой катушки зажигания, в отличие от прототипа, к ней дополнительно подключена пьезоэлектрическая система зажигания, состоящая из пьезоэлектрического генератора с пьезоэлементами, соединенного со свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания, механизма нагружения, который соединен с приводным валом от двигателя внутреннего сгорания и с пьезоэлектрическим генератором с пьезоэлементами.
Кроме того, в цепи между вторичной обмоткой катушки зажигания основной системы зажигания и свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания установлен высоковольтный диод.
На чертеже представлена функциональная схема комбинированной системы пьезоэлектрического зажигания для двигателя внутреннего сгорания.
Комбинированная система пьезоэлектрического зажигания содержит основную систему зажигания 1, включающую в себя соединенные параллельно источник питания 2, катушку зажигания 3, генератор импульсов 4 и формирователь момента зажигания 5, соединенный с первым входом генератора импульсов 4, электронный ключ 6, который соединен с первичной обмоткой катушки зажигания 3 и с выходом генератора импульсов 4, формирователь сигнала обратной связи 7, вход которого соединен с точкой соединения катушки зажигания 3 с электронным ключом 6, а выход соединен со вторым входом генератора импульсов 4, свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, соединенную со вторичной обмоткой катушки зажигания 3, высоковольтный диод 9, установленный в цепь между вторичной обмоткой катушки зажигания 3 и свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, и пьезоэлектрическую систему зажигания 10, состоящую из пьезоэлектрического генератора с пьезоэлементами 11, соединенного со свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания 8, механизма нагружения 12, который соединен с приводным валом от двигателя внутреннего сгорания (на чертеже не показан) и с пьезоэлектрическим генератором с пьезоэлементами 11.
Комбинированная система пьезоэлектрического зажигания для двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
Формирователь момента зажигания 5 синхронно частоте вращения вала двигателя (на чертеже не показан) запускает генератор импульсов 4. Генератор импульсов 4 формирует импульсы, приводящие в действие электронный ключ 6, коммутирующий электрический ток в первичной обмотке катушки зажигания 3 с частотой следования импульсов, в результате чего во вторичной цепи катушки зажигания 3 наводятся импульсы высокого напряжения, обеспечивающего электрические разряды между электродами свечи зажигания 8. Синхронно начинает работу и пьезоэлектрическая система зажигания 10. Подсоединенный к валу двигателя внутреннего сгорания механизм нагружения 12 периодически деформирует пьезоэлементы пьезоэлектрического генератора 11. При этом генерируется высокое напряжение, которое подается на свечу зажигания двигателя внутреннего сгорания 8. Происходит искровой разряд малой длительности по времени, который создает ионизированный канал в воздушном промежутке свечи 12. Это позволяет произойти искровому разряду, возникающему в основной системе зажигания 1, при меньших значениях напряжения, чем пробивное напряжение воздушного промежутка свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания 8.
Кроме того, в цепь между вторичной обмоткой катушки зажигания 3 и свечой зажигания 8 установлен высоковольтный диод 9 p-n-p-n типа, с целью защиты элементов основной системы зажигания 1 от высоких напряжений, возникающих в цепи пьезоэлектрической системы 10.
Таким образом, комбинированная система пьезоэлектрического зажигания позволяет значительно увеличить надежность системы зажигания в условиях эксплуатации вследствие уменьшения напряжения искрообразования.