РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
IGNITION DISTRIBUTOR OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к устройствам для прерывистого токосъема и может быть использовано в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также в системах коммутации, телеметрии и вооружений, например, для управления воспламенением пороховых зарядов.
Широко известен распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на свечи цилиндров, включающий крышку с внутренней круглой поверхностью, на которой по окружности равномерно расположены контакты с выводами на свечи зажигания и ротор, расположенный внутри крышки по ее оси симметрии и снабженный токораздаточной пластиной в виде луча, исходящего из центра ротора к его периферии. Высокое напряжение подается на токораздаточную пластину в центре ротора через центральный угольный контакт крышки распределителя от катушки зажигания. Другой конец токораздаточной пластины взаимодействует с боковыми контактами на крышке распределителя. За время одного оборота ротора распределителя высокое напряжение подается последовательно на свечи всех цилиндров в порядке их работы. Такие распределители зажигания установлены на большинстве автомобилей.
Например, известен распределитель 38.3706 /Автомобили ВА3-2107. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. К.Б.Пятков, А.П.Игнатов, С.Н.Косарев и др. М., Издательство "За рулем", 2001 г./, включающий ротор с однолучевой токораздаточной пластиной, контактирующей при вращении с боковыми контактами на крышке распределителя, принятый за прототип.
Недостатком такого распределителя является высокая частота вращения его ротора. Так, за два оборота коленчатого вала четырехтактного двигателя ротор распределителя должен совершить один оборот, т.е. частота вращения ротора равна половине частоты вращения коленвала двигателя. Частоты вращения валов автомобильных двигателей постоянно возрастают и в настоящее время достигают 5000-8000 об/мин / В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М., 2006/. Соответственно частоты вращения ротора распределителя должны составлять 2500-4000 об/мин. Столь высокая частота вращения ротора такого точного и ответственного устройства, каким является распределитель, приводит к целому ряду причин, резко снижающих его функционально-эксплуатационные качества.
Перечислим только некоторые из них.
1. Повышенный износ подшипниковых узлов, высокий уровень вибраций и тепловыделения.
2. Проблемы разбалансировки ротора вследствие изначально конструктивно несамоурановешенной схемы однолучевой токораздаточной пластины.
3. Высокая частота вращения приводит к весьма малому промежутку времени замкнутого состояния токораздаточной пластины ротора с боковыми контактами крышки распределителя и, как следствие, небольшой продолжительности существования искрового разряда на контактах свечей, что не обеспечивает высокой надежности процесса воспламенения рабочей смеси. Существуют работы, специально посвященные увеличению контактирующей поверхности токораздаточной пластины с целью увеличения продолжительности искрового разряда на контактах свечей /Агошков О.Г., Белов А.В, Вандышев В.Н. и др. Распределитель зажигания двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ №2166818, 1999/.
Подобные проблемы, как правило, приводят к постепенному отказу от применения роторных распределителей в пользу систем зажигания, не имеющих вращающихся частей /Р.Демидович. Система зажигания легковых автомобилей. Минск, 1998/.
Задачей заявляемого изобретения является многократное снижение частоты вращения ротора распределителя за счет того, что высокое напряжение подается последовательно на свечи всех цилиндров в порядке их работы за время неполного оборота ротора распределителя, а только за время малого его поворота. Это устраняет перечисленные выше проблемы.
Сопутствующим эффектом является многократное снижение износа контактов токораздаточной пластины.
Поставленная задача решается тем, что в распределителе зажигания n-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания, включающем крышку с внутренней круглой поверхностью, на которой по окружности равномерно расположены n контактов с выводами на свечи зажигания, и ротор, расположенный внутри крышки по ее оси симметрии и снабженный токораздаточной пластиной, токораздаточная пластина выполнена в виде правильной n+1 или n-1 - лучевой звезды.
Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема распределителя зажигания двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 - последовательность распределения напряжения по боковым контактам крышки для прямого и обратного искрообразования, на фиг.3 - схема работы распределителя зажигания для прямого и обратного искрообразования. Прямое искрообразование показано на правых частях фиг.2, 3, тогда как обратное - на левых. В качестве примера приведена схема прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, n=4, и обратного искрообразования для 6-цилиндрового двигателя, n=6. В обоих случаях используется один и тот же ротор с пятилучевой токораздаточной пластиной. На фиг.4 приведены частоты вращения традиционного однолучевого распределителя зажигания и пятилучевого как функции частот вращения коленвала ДВС.
Распределитель зажигания двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) содержит крышку 1 с внутренней круглой поверхностью, на которой по окружности равномерно расположены n контактов 2 с выводами на свечи зажигания (не показаны), ротор 3, расположенный внутри крышки 1 по ее оси симметрии и снабженный токораздаточной пластиной 4. Токораздаточная пластина 4 выполнена в виде правильной n+1 или n-1 - лучевой звезды.
Высокое напряжение подается в центр токораздаточной пластины 4 через центральный угольный контакт крышки распределителя 1. При вращении ротора 3 лучи токораздаточной пластины 4 последовательно взаимодействуют с боковыми контактами 2 на крышке 1 распределителя: в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора 3, в случае n+1 (прямое, или попутное, искрообразование) или в противоположном направлении (обратное, или встречное, искрообразование) в случае n-1.
На фиг.2 справа наглядно видна схема прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, на фиг.2 справа - схема обратного искрообразования для 6 - цилиндрового двигателя. В обоих случаях использован один и тот же ротор с пятилучевой токораздаточной пластиной.
Принцип работы и анализ прямого и обратного искрообразования на боковых контактах крышки распределителя
Для анализа прямого и обратного искрообразования на боковых контактах крышки распределителя служит фиг.3. На фиг.3 по-прежнему справа изображена схема прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, а слева - схема обратного искрообразования для 6-цилиндрового двигателя посредством ротора с пятилучевой токораздаточной пластиной в увеличенном масштабе с указанием опорных углов.
Пусть в начальный момент времени один из n+1 (справа) или n-1 (слева) лучей токораздаточной пластины 4 совпадает с одним из n боковых контактов 2 крышки распределителя 1 (фиг.3). Высокое напряжение из центра пластины по этому лучу передается на свечу зажигания соответствующего цилиндра. При повороте ротора 3 на угол  (при прямом искрообразовании) или на угол  (при обратном) напряжение передается на соседний боковой контакт 2 крышки - по направлению вращения ротора 3 или против вращения ротора 3 через соседний луч. При повороте ротора 3 на угол 2π/(n+1)=nδ или на угол 2π/(n-1)=nδ напряжение полностью последовательно распределится на все боковые контакты 2 крышки 1 в прямом или обратном направлении. Следовательно, требуемая частота вращения n+1 - лучевого или n-1 - лучевого ротора 3 будет соответственно в n+1 или в n-1 раз меньше частоты вращения однолучевого ротора, т.е. импульсы напряжений будут последовательно передаваться на соседние боковые контакты 2 через те же интервалы времени. Таким образом, многолучевой ротор выполняет функцию мультипликатора, т.е. умножителя частоты искрообразования в n+1 или в n-1 раз, и его частота вращения должна быть во столько же раз снижена.
Пример расчета частоты вращения ротора с многолучевой токораздаточной пластиной для прямого и обратного искрообразования на боковых контактах крышки распределителя
5
1
В качестве примера рассмотрим схему прямого искрообразования для 4-цилиндрового двигателя, n=4 и обратного искрообразования для 6-цилиндрового двигателя, n=6. Тогда в обоих рассматриваемых случаях должен быть использован один и тот же ротор с пятилучевой токораздаточной пластиной. Требуемая частота вращения такого ротора будет ровно в 5 раз ниже частоты вращения однолучевого ротора распределителя. На фиг.4 приведены частоты вращения пятилучевого f и однолучевого f роторов как функции частоты вращения f коленвала ДВС. Наглядно виден эффект мультипликации частоты искрообразования, проявляющийся в пятикратном снижении частот вращения ротора распределителя.
Выводы. Технический результат
1. Использование n+1 или n-1-лучевой токораздаточной пластины, где n - число боковых контактов на крышке распределителя, снижает частоту вращения ротора соответственно в n+1 или в n-1 раз. В первом случае последовательность искрообразования идет в прямом, а во втором - в обратном направлении относительно направления вращения ротора.
2. Многократное снижение частоты вращения ротора распределителя зажигания весьма существенно для устранения вибраций, тепловыделения и динамических нагрузок на подшипники распределителя.
3. Токораздаточная пластина в виде правильной многолучевой звезды самоуравновешена, в отличие от однолучевой, что конструктивно обеспечивает балансировку ротора.
4. Малая частота вращения ротора распределителя увеличивает время замкнутого состояния токораздаточной пластины ротора с боковыми контактами крышки распределителя и, следовательно, увеличивает продолжительность существования искрового разряда на контактах свечей, что обеспечивает высокую надежность процесса воспламенения рабочей смеси.
5. При одном полном цикле искрообразования (однократном последовательном распределении напряжения по всем цилиндрам) n+1 или n-1 - лучевого ротора каждый луч токораздаточной пластины работает лишь один раз. Следовательно, и износ контактов многолучевой пластины будет в n+1 или в n-1 раз меньше, чем однолучевого.
Литература
1. Автомобили ВА3-2107. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. К.Б.Пятков, А.П.Игнатов, С.Н.Косарев и др. М., Издательство "За рулем", 2001 г. (прототип).
2. В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М., 2006.
3. Агошков О.Г., Белов А.В., Вандышев В.Н. и др. Распределитель зажигания двигателя внутреннего сгорания. Патент РФ №2166818, 1999.
4. Р.Демидович. Система зажигания легковых автомобилей. Минск, 1998.