УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE IGNITION DEVICE

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания (ДВС), конкретно к системам зажигания, и может быть использовано в двигателестроительной промышленности и, в частности, в автомобилестроении.
Дороговизна и необходимость экономии топлива заставляет применять в ДВС все более «бедные» рабочие смеси, для зажигания которых требуется более энергичная искра. Например, в автомобильных двигателях обычная энергия искры в 30 миллиджоулей уже недостаточна, поэтому для увеличения энергии искры применяют электронные системы зажигания с накоплением энергии в конденсаторах и (или) в индуктивности бобины, что требует увеличения ее мощности, а значит, и металлоемкости (габаритов). Однако увеличение энергии в первичной обмотке бобины недостаточно эффективно из-за низкого КПД преобразования энергии в бобине и других цепях ее первичной обмотки. Из-за недостаточной эффективности в последнее время контактная классическая система зажигания почти вытеснена полупроводниковыми электронными системами. Классическая контактная система зажигания ДВС и многочисленные разновидности электронных систем зажигания [1] обладают общим недостатком, а именно сложностью увеличения энергии искры из-за ограничений, накладываемых бобиной, поэтому обе эти группы систем зажигания приняты за общий прототип из-за наличия у них бобины (катушки зажигания). Влияет на зажигание смеси и продолжительность искры: чем продолжительнее во времени искра, тем полнее сгорает смесь. При пуске двигателя помогает многоискровое зажигание по этой причине. Из практики известно: если в электронном зажигании индуктивная фаза искры короткая, сравнимая с короткой емкостной фазой, то смесь полностью не сгорает и наблюдается значительный пережог топлива, вместо экономии в сравнении с классической контактной системой зажигания. Задачей данного изобретения явилось создание устройства зажигания ДВС, обеспечивающего сгорание «бедных» рабочих смесей в цилиндре двигателя за счет увеличения энергии и длительности искры между электродами свечи зажигания. Данная задача решается путем подвода дополнительной энергии непосредственно во вторичную обмотку бобины системы зажигания, накопленной в конденсаторе от преобразователя напряжения при пробое искрового промежутка свечи от основной системы зажигания.
За счет того что индуктивность вторичной обмотки бобины и емкость накопительного конденсатора достаточно велики (порядка 10 кОм и несколько мкФ), то образуемый ими последовательный колебательный контур имеет большую постоянную времени, что увеличивает время разряда конденсатора и искры в свече. Эффективность этого устройства зажигания возрастает при низкоомной вторичной обмотке бобины (менее 10 кОм) из-за уменьшения потери напряжения в обмотке и увеличения силы тока в искровом промежутке и, соответственно, энергии искры.
Технически задача решается включением между началом вторичной обмотки бобины и массой параллельной цепи из накопительного конденсатора соответствующей емкости и преобразователя напряжения в качестве зарядного устройства в обычную систему зажигания (контактную или электронную). Технический результат такого устройства зажигания ДВС заключается в увеличении энергии и длительности разряда между электродами свечи зажигания. Энергия разряда еще больше возрастает при низкоомной вторичной обмотке бобины.
На чертеже приведена схема устройства зажигания ДВС с электроконтактной системой зажигания. Схема с электронной системой зажигания аналогична.
Классическая электроконтактная система зажигания содержит источник питания (аккумуляторная батарея) 1, замок зажигания 2, к которому подключена первичная обмотка I бобины 3. Второй конец первичной обмотки через контактную пару 4 трамблера подключен к массе 5. Параллельно контактной паре подключен искрогасящий конденсатор 6. Высоковольтный вывод вторичной обмотки бобины, не связанный гальванически с первичной обмоткой, через накопительный конденсатор 9 подключен к массе 5. Параллельно накопительному конденсатору подключен преобразователь напряжения 10, который предназначен для заряда конденсатора.
Устройство зажигания ДВС работает следующим образом. При включении замка зажигания 2 и замкнутых контактах прерывателя 4 через первичную обмотку бобины 3 начинает протекать увеличивающийся во времени ток и бобина 3 накапливает индуктивную энергию. Конденсатор 9 заряжается от преобразователя напряжения 10 до напряжения, меньшего, чем напряжение пробоя между электродами свечи зажигания, чтобы исключить произвольное искрообразование в свечах (менее 1000 В).
Когда контакты 4 разрываются, индуктивная энергия трансформируется во вторичную обмотку бобины 3 в виде импульса высокого напряжения, который через распределитель зажигания 7 трамблера пробивает очередной искровой промежуток свечи и через вторичную обмотку бобины начинает разряжаться накопительный конденсатор 9, заряженный от преобразователя напряжения 10. За счет индуктивной энергии, трансформированной из первичной обмотки бобины 3, и емкостной дополнительной энергии, накопленной в конденсаторе 9, развивается резонансный колебательный процесс в последовательном колебательном контуре, образованном из вторичной обмотки бобины 3 и накопительного конденсатора 9. По завершении искры, когда контакты 4 снова замыкаются, в бобине 3 снова накапливается индуктивная энергия, а в конденсаторе 9 - емкостная. Из-за большой индуктивности вторичной обмотки бобины и большой емкости конденсатора период колебания получается большой, поэтому искра получается длительной, что способствует лучшему зажиганию рабочей смеси в цилиндре двигателя. За счет дополнительной энергии, накопленной в конденсаторе 9, энергия искры возрастает, так как увеличивается сила тока через искровой промежуток свечи. Указанные два фактора позволяют сжигать «бедные» смеси и приводят к сокращению расхода горючего.
На сопротивлении вторичной обмотки бобины падает значительная энергия разряда, поэтому эффективность системы зажигания резко возрастает с бобиной, имеющей низкоомную вторичную обмотку из-за увеличенного тока разряда. Таким образом, достигается технический результат изобретения, заключающийся в увеличении энергии и длительности искрового разряда между электродами свечи зажигания. Энергия разряда еще более возрастает, если бобина содержит низкоомную вторичную обмотку.
К другим преимущества устройства зажигания ДВС относится простота устройства для увеличения энергии и длительности искрового разряда и возможность использования существующих устройств для начального инициирующего разряда, то есть контактной или электронной системы зажигания без увеличения их мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. БАРАННИКОВ С.П. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1970, стр.158-222.
2. ХОДАСЕЕВИЧ А.Г. и др. Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей. Часть 1. Электронные системы зажигания. М.: Антелком. 2005, стр.8-25, 27-33.