КОММУТАТОР СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания, и может быть использована в автомобильной системе зажигания.
Известен полуавтоматический блок зажигания, который содержит входное устройство, тиристорный и транзисторный ключи со схемами управления, формирователь импульсов, емкостной накопитель, узел вольто-добавки и блокинг-генератор [Архипов Ю. Полуавтоматический блок зажигания // Радио, 1990, №1, с.31; №2, с.39].
Недостатком этого устройства является использование двух ключей для коммутации катушки зажигания - тиристорного и транзисторного, что обусловливает сложность цепей управления и невысокую надежность устройства.
Известна система зажигания для "Самары", которая содержит входное устройство, тиристорный и транзисторный ключи со схемами управления, формирователь импульсов и емкостной накопитель [Беспалов В. Система зажигания для "Самары" // Радио, 1989, №1, с.25].
Недостатком системы зажигания является использование двух ключей для коммутации катушки зажигания - тиристорного и транзисторного, что обусловливает сложность цепей управления и невысокую надежность устройства, применение в качестве транзисторного ключа германиевого транзистора, а также необходимость доработки катушки зажигания для реализации всех возможностей системы.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является коммутатор системы зажигания двигателя внутреннего сгорания [Патент РФ №2293208. МПК F02P 3/08. Опубл. в Б.И. №4, 10.02.2007], выбранный в качестве прототипа и содержащий формирователь импульса управления, ждущий генератор высокочастотных импульсов, работающий на частоте 40 кГц, транзисторный ключ, повышающий преобразователь напряжения и накопительный конденсатор.
Недостатком прототипа является низкое напряжение на накопительном конденсаторе, задержка появления импульса напряжения на выходе системы зажигания, необходимость применения специального нестандартного высокочастотного высоковольтного трансформатора вместо катушки зажигания, отсутствие защиты транзисторного ключа от превышения импульсного напряжения, а также низкая мощность инициирующего искрового разряда и связанная с этим недостаточная эффективность поджига бензо-воздушной смеси.
Техническим результатом является создание коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, повышающего эффективность работы двигателя внутреннего сгорания путем обеспечения высокой мощности и большой длительности инициирующего искрового разряда.
Технический результат достигается тем, что коммутатор системы зажигания двигателя внутреннего сгорания содержит содержащий повышающий преобразователь напряжения, входы которого подключены к клеммам аккумуляторной батареи, накопительный конденсатор, подключенный к выходам повышающего преобразователя напряжения через первый диод, транзисторный ключ, первый формирователь импульса управления, включенный между датчиком момента зажигания и транзисторным ключом, и второй диод, присоединенный анодом к положительному выводу аккумуляторной батареи, а катодом - к накопительному конденсатору, причем он снабжен вторым формирователем импульса управления, определяющим время выключенного состояния повышающего преобразователя напряжения, который обеспечивает напряжение на накопительном конденсаторе в пределах 200-400 В, а также блоком защиты транзисторного ключа от превышения напряжения, включенным между выходом коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания и отрицательным выводом аккумуляторной батареи.
Сущность предлагаемого технического решения в полезной модели заключается в том, что для поджига бензо-воздушной смеси используется один мощный двуполярный инициирующий искровой разряд в свече зажигания. Первая часть инициирующего искрового разряда получена путем разряда высоковольтного емкостного накопителя через транзисторный ключ на первичную обмотку катушки зажигания, и протекании по ней тока от бортовой сети автомобиля, а вторая часть инициирующего искрового разряда противоположной полярности получена за счет ЭДС самоиндукции путем прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания при помощи транзисторного ключа.
На фиг.1 изображена функциональная схема коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, на фиг.2 изображен график напряжения на первичной обмотке катушки зажигания, на фиг.3 изображен график тока в искровом зазоре свечи зажигания.
Коммутатор системы зажигания двигателя внутреннего сгорания 1 содержит первый формирователь импульса управления 2, подключенный к транзисторному ключу 3, и определяющий длительность его открытого состояния. Повышающий преобразователь напряжения 4 подключен к накопительному конденсатору 5 через первый диод 6. Второй диод 7 подключен анодом к положительному выводу аккумуляторной батареи 8, а катодом - к накопительному конденсатору 5. Питание на повышающий преобразователь напряжения 4 подается от положительного вывода аккумуляторной батареи 8. Второй формирователь импульса управления 9, определяющий время выключенного состояния повышающего преобразователя напряжения 4, включен между датчиком момента зажигания 10 и управляющим входом повышающего преобразователя напряжения 4. Блок защиты 11 транзисторного ключа 3 от превышения напряжения включен между выходом коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания и отрицательным выводом аккумуляторной батареи 8. К выходам коммутатора подключена катушка зажигания 12. Управляющие импульсы для запуска первого и второго формирователей импульсов подаются с датчика момента зажигания 10.
Коммутатор системы зажигания двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
1
1
0
2
С датчика момента зажигания 10 подается управляющий импульс, который запускает первый формирователь импульса управления 2, сигнал которого определяет время открытого состояния транзисторного ключа 3, а также второй формирователь импульса управления 9, сигнал которого определяет время выключенного состояния повышающего преобразователя напряжения 4 для исключения его самовозбуждения. Накопительный конденсатор 5, заряженный до напряжения 200-400 В через первый диод 6 от повышающего преобразователя напряжения 4, в момент отпирания транзисторного ключа 3 (момент времени t на фиг.2 и фиг.3) разряжается на первичную обмотку катушки зажигания 12, обеспечивая инициирующий искровой разряд высокой мощности, а также высокую скорость нарастания тока в искровом зазоре свечи зажигания. При разряде накопительного конденсатора 5 до напряжения, меньшего напряжения аккумулятора на величину падения напряжения на втором диоде 7, через первичную обмотку катушки зажигания 12 начинает протекать ток от аккумулятора через второй диод 7, тем самым некоторое время поддерживая ток во вторичной обмотке катушки зажигания 12. По окончании импульса от первого формирователя импульса управления 2 транзисторный ключ 3 закрывается (момент времени t на фиг.2 и фиг.3) и прерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания 12. При этом в первичной обмотке катушки зажигания возникает ЭДС самоиндукции, имеющая обратную полярность относительно напряжения конденсатора, приложенного к первичной обмотке катушки зажигания 12, и которая вызывает появление второго импульса тока противоположной полярности в искровом зазоре свечи зажигания. В результате в искровом зазоре свечи зажигания формируется инициирующий двуполярный искровой разряд высокой мощности и большой длительности (с момента времени t до момента времени t на фиг.2 и фиг.3) и обеспечивающий высокую скорость нарастания тока в искровом зазоре свечи зажигания. Блок защиты 11 от превышения напряжения подключен параллельно транзисторному ключу 3, и предназначен для защиты транзисторного ключа 3 путем активного ограничения амплитуды импульсов напряжения, способных повредить транзисторный ключ 3.
В опытном экземпляре коммутатора системы зажигания двигателя внутреннего сгорания в качестве транзисторного ключа применен полевой транзистор IRFP460 фирмы International Rectifier. В качестве катушки зажигания могут быть использованы стандартные катушки типа Б-115, Б-116, Б-117, 27.3705 или другие с аналогичными характеристиками. Блок защиты транзисторного ключа от превышения напряжения выполнен в виде цепи из последовательно соединенных стабилитронов типа Д817 с суммарным напряжением стабилизации 420-450 В.
Таким образом, в заявляемой полезной модели коммутатор системы зажигания двигателя внутреннего сгорания имеет повышенную надежность благодаря применению защиты ключевого транзистора от возможного всплеска повышенного напряжения и обеспечивает повышение эффективности поджига бензо-воздушной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания путем создания двуполярного инициирующего искрового разряда высокой мощности и большой длительности при помощи одного транзисторного ключа, и может быть использован для работы со стандартной катушкой зажигания в составе автомобильной системы зажигания.