Электронное магнето
Электронное магнето применяется в качестве системы зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Предложена полезная модель электронного магнето, содержащего выполненный из электроизоляционного материала корпус, внутри которого расположены низковольтная и высоковольтная катушки трансформатора, одетые на первую втулку, катушка датчика со стержневым магнитопроводом, П-образный магнитопровод трансформатора, который состоит из двух частей, соединенных между собой внутри первой втулки, и блок электроники. Внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса заполнен электроизоляционным компаундом, который может содержать наполнитель с электроизоляционными свойствами. Электронное магнето содержит электрический разрядник, выполненный из гибкой электроизоляционной трубки, в которую с обеих сторон вставлены и зафиксированы два отрезка электропровода с зазором между их концами, и вторую и третью цилиндрические втулки для вывода проводов высоковольтного и глушения из выполненного из электроизоляционного материала корпуса, имеющие переменный внутренний диаметр. П-образный магнитопровод трансформатора выполнен без магнитного шунта. Вторая и третья цилиндрические втулки, катушка датчика со стержневым магнитопроводом и электрический разрядник помещены внутри выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, и этот корпус занимает все пространство между концами П-образного магнитопровода трансформатора. Блок электроники выполнен на печатной плате, зафиксированной на первой втулке. Зазор между внутренней поверхностью первой втулки и внешней поверхностью П-образного магнитопровода трансформатора и все открытые поверхности элементов электронного магнето содержат высокоадгезионный влагозащитный компаунд. Такая конструкция позволяет улучшить параметры искрового разряда, повысить надежность электронного магнето, уменьшить его габариты и массу. Указанные преимущества полезной модели подтверждены испытаниями образцов электронного магнето в составе мотоблоков «Нева», «Каскад» и «Ока».
Предлагаемая полезная модель относится к области электрооборудования двигателей внутреннего сгорания и может быть использована в любых двигателях для формирования искрового разряда на свече зажигания.
Известно электронное магнето МС-3 ("Моноблок системы зажигания" ИЦРЕ.448331.005ТУ, ОАО «Тайфун»), взятое за прототип. Оно содержит выполненный из электроизоляционного материала корпус с втулкой, частично выступающий из выполненного из электроизоляционного материала корпуса П-образный магнитопровод трансформатора, который состоит из двух частей, соединенных между собой внутри втулки с помощью механического замка, низковольтную и высоковольтную катушки трансформатора, одетые на втулку, катушку датчика со стержневым магнитопроводом и блок электроники, расположенные внутри корпуса, провода высоковольтный, глушения и заземления, места соединения которых с соответствующими элементами находятся внутри корпуса, а второй конец провода заземления соединен электрически с одной из частей П-образного магнитопровода трансформатора, провода высоковольтный и глушения выведены из корпуса через цилиндрические втулки, закрепляемые в электроизоляционном компаунде, заполняющим внутренний объем корпуса, со стороны его заливки в корпус, П-образный магнитопровод трансформатора, каждая часть которого имеет отверстие для крепления магнето к двигателю, содержит шунт. Недостатки прототипа следующие:
- закрепление цилиндрических втулок в компаунде увеличивает габариты магнето;
- в магнето нет защитного электрического разрядника, что снижает его надежность при возможных отсоединениях высоковольтного провода от свечи зажигания при работающем двигателе за счет перенапряжений на высоковольтной катушке трансформатора и возможного пробоя изоляции при этом;
- блок электроники выполнен объемным монтажом, что не позволяет четко зафиксировать его детали и возможное смещение их в процессе сборки, что может привести к снижению надежности магнето в целом;
- наличие магнитного шунта при совместной работе электронного магнето с маховиками из магнитопроводящего материала, например, чугуна, приводит, помимо увеличения массы, к неполному использованию магнитного потока, что вызывает уменьшение энергии искрового разряда;
- соединение частей П-образного магнитопровода трансформатора с помощью механического замка приводит к возникновению дополнительного воздушного зазора и непостоянству искрового разряда от образца к образцу за счет этого;
- детали магнето не имеют влагозащитного покрытия, что может привести к их коррозии, особенно П-образного магнитопровода трансформатора, а так же к утечкам тока в цепях с высоковольтным напряжением, что так же снижает энергию искрового разряда.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, улучшение параметров искрового разряда, повышение надежности работы электронного магнето, уменьшение габаритов и массы электронного магнето.
Решение технической задачи достигается тем, что электронное магнето, содержащее выполненный из электроизоляционного материала корпус, внутри которого расположены низковольтная и высоковольтная катушки трансформатора, одетые на первую втулку, катушка датчика со стержневым магнитопроводом, П-образный магнитопровод трансформатора, который состоит из двух частей, соединенных между собой внутри первой втулки, и блок электроники, а внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса заполнен электроизоляционным компаундом, причем электронное магнето содержит электрический разрядник, выполненный из гибкой электроизоляционной трубки, в которую с обеих сторон вставлены и зафиксированы два отрезка электропровода (или другого гибкого электропроводящего элемента) с зазором между их концами, а другие их концы электрически соединены с проводом высоковольтным и проводом заземления соответственно, и вторую и третью цилиндрические втулки для вывода проводов высоковольтного и глушения из выполненного из электроизоляционного материала корпуса, имеющие переменный внутренний диаметр, равный диаметру проходящего через них провода на входе во втулку и увеличенный на величину допустимого изгиба проходящего через них провода на выходе его из втулки, П-образный магнитопровод трансформатора выполнен без магнитного шунта и обе его части соединены между собой внутри первой втулки по всей поверхности стыка с магнитным зазором в 10 или более раз меньшим рабочего магнитного зазора, а вторая и третья цилиндрические втулки, катушка датчика со стержневым магнитопроводом и электрический разрядник помещены внутри выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, и этот корпус занимает все пространство между концами П-образного магнитопровода трансформатора, кроме того блок электроники выполнен на печатной плате, зафиксированной на первой втулке,
а зазор между внутренней поверхностью первой втулки и внешней поверхностью П-образного магнитопровода трансформатора и все открытые поверхности элементов электронного магнето содержат высокоадгезионный влагозащитный компаунд. Электроизоляционный компаунд, заполняющий внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, может содержать наполнитель с электроизоляционными свойствами.
На фиг.1 изображен внешний вид электронного магнето. На фиг.2 изображена конструкция электронного магнето с разрезами по оси выполненного из электроизоляционного материала корпуса и по оси одной из цилиндрических втулок.
Электронное магнето содержит выполненный из электроизоляционного матерала корпус 1 с первой втулкой 2. П-образный магнитопровод 3 трансформатора, состоящий из двух частей 3а и 3б, соединенных между собой внутри первой втулки 2, совместно с катушками низковольтной 4 и высоковольтной 5, одетыми на первую втулку 2, и размещенными внутри корпуса из электроизоляционного материала, образуют трансформатор. Внутри корпуса так же размещены катушка датчика 6 со стержневым магнитопроводом 7, блок электроники 8, электрический разрядник 9 и места соединения провода высоковольтного 10, провода глушения 11 и провода заземления 12 с соответствующими элементами, тогда как второй конец каждого из этих проводов выведен за пределы корпуса 1, при этом второй конец провода заземления соединен электрически с одной из частей П-образного магнитопровода 3 трансформатора. Свободный от элементов внутренний объем корпуса 1 заполнен электроизоляционным компаундом 13, который может содержать наполнитель с электроизоляционными свойствами, а каждая часть 3а и 3б П-образного магнитопровода 3 трансформатора содержит отверстие 14 для крепления магнето к двигателю внутреннего сгорания. Для вывода провода высоковольтного 10 и провода глушения 11 корпус 1 содержит соответственно вторую 15 и третью 16 цилиндрические втулки, имеющие переменные внутренние диаметры, равные диаметру проходящего через них провода на входе во втулку и увеличенные на величину допустимого изгиба проходящего через них провода на выходе его из втулки. Электрический разрядник 9 выполнен из гибкой электроизоляционной трубки, в которую с обеих сторон вставлены и зафиксированы с зазором между их концами отрезки электропровода, вторые концы которых электрически соединены с проводом высоковольтным 10 и с проводом заземления 12 соответственно. Блок электроники 8 выполнен на печатной плате 17, зафиксированной на
первой втулке 2. Две части 3а и 3б П-образного магнитопровода 3 трансформатора, выполненного без магнитного шунта, соединены внутри первой втулки 2 по всей поверхности стыка с магнитным зазором, в 10 или более раз меньшим рабочего магнитного зазора, например, склеиванием, при этом корпус 1 занимает все пространство между концами П-образного магнитопровода 3 трансформатора. Вторая 15 и третья 16 цилиндрические втулки, стержневой сердечник 7 катушки датчика 6 и электрический разрядник 9 помещены внутри корпуса 1 электронного магнето. Блок электроники 8 выполнен на печатной плате 17, зафиксированной на первой втулке 2, а зазор между внутренней поверхностью первой втулки 2 и внешней поверхностью П-образного магнитопровода 3 трансформатора и все открытые поверхности элементов электронного магнето содержат высокоадгезионный влагозащитный компаунд 18.
Отсутствие магнитного шунта позволяет более полно использовать свободное место между концами П-образного магнитопровода трансформатора, что, в свою очередь, позволяет цилиндрические втулки 15 и 16, ранее закрепляемые в электроизоляционном компаунде, а так же большинство элементов и электрических соединений, разместить внутри выполненного из электроизоляционного материала корпуса.
Использование в электроизоляционном компаунде, заполняющем внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, наполнителя с электроизоляционными свойствами дополнительно позволит увеличить механическую прочность электроизоляционного компаунда, и снизить его расход. Кроме того, при использовании наполнителя, имеющего низкую плотность, можно уменьшить массу электронного магнето.
Электронное магнето работает следующим образом. При установке на двигатель внутреннего сгорания электронное магнето размещается на расстоянии, обеспечивающим необходимый рабочий магнитный зазор, от расположенного на валу двигателя вращающегося маховика с постоянными магнитами. В процессе вращения маховика наступает момент, когда постоянные магниты, подходя к П-образному магнитопроводу 3 трансформатора и стержневому магнитопроводу 7, индуцируют в низковольтной катушке 4 и катушке датчика 6 электродвижущую силу, достаточную для срабатывания блока электроники 8. При этом, под воздействием электродвижущей силы, поступающей с катушки датчика 6, блок электроники 8 замыкает накоротко низковольтную катушку 4, что обеспечивает накопление в ней энергии при дальнейшем повороте маховика. Стержневой магнитопровод 7
катушки датчика 6 размещен так, что в момент времени, соответствующий накоплению в низковольтной катушке 4 максимальной энергии, индуцированной в катушке датчика 6 электродвижущей силы, оказывается недостаточно для срабатывания блока электроники 8. В этот момент времени цепь блока электроники 8, ранее замыкающая накоротко низковольтную катушку 4, размыкается. При этом в низковольтной катушке 4 возникает электродвижущая сила самоиндукции, которая трансформируется в высоковольтную катушку 5. Напряжение на высоковольтной катушке 5 увеличивается. А поскольку искровой зазор в электрическом разряднике 9 больше эквивалентного воздушного зазора свечи зажигания, подключенной к высоковольтному проводу 10, то напряжение первичного пробоя электрического разрядника 9 оказывается больше, чем напряжение первичного пробоя искрового промежутка свечи зажигания, и в процессе увеличения напряжения на высоковольтной катушке 5, первичный пробой искрового промежутка свечи зажигания происходит раньше. После первичного пробоя искрового промежутка свечи зажигания в нем возникает искровой разряд, шунтирующий высоковольтную катушку 5 и предотвращающий дальнейший рост напряжения на ней. При этом энергия, ранее запасенная в низковольтной катушке 4, через трансформатор, образованный катушками низковольтной 4, высоковольтной 5 и П-образным магнитопроводом 3 трансформатора, расходуется на поддержание искрового разряда в искровом промежутке свечи зажигания. В конечном счете, энергия, запасенная в низковольтной катушке 4, переходит (с учетом коэффициента полезного действия) в энергию искрового разряда, воспламеняющего топливную смесь. Таким образом, в процессе нормальной работы электронного магнето напряжение на электрическом разряднике 9 оказывается меньше его напряжения первичного пробоя, и искрового разряда в электрическом разряднике 9 не происходит. Однако при возможном аварийном режиме, в случае отсоединения высоковольтного провода 10 от свечи зажигания при работающем двигателе, рост напряжения на высоковольтной катушке 5 более не будет ограничиваться напряжением первичного пробоя искрового зазора свечи зажигания. В этом случае напряжение на высоковольтной катушке в процессе роста достигает напряжения первичного пробоя искрового промежутка электрического разрядника 9. После же первичного пробоя искрового промежутка электрического разрядника 9 возникают процессы, аналогичные процессам при искровом разряде в искровом промежутке свечи зажигания, в результате чего максимальное значение напряжения на высоковольтной катушке 5 оказывается ограничено на безопасном уровне, соответствующем напряжению
первичного пробоя искрового промежутка электрического разрядника 9, которое является недостаточным для электрического пробоя изоляции. Таким образом, электрический разрядник 9 обеспечивает защиту элементов электронного магнето от электрического пробоя изоляции. Формирование искровых разрядов прекращается при электрическом соединении проводов глушения 11 и заземления 12.
Повышение надежности работы электронного магнето достигается за счет специальной формы отверстий второй и третьей втулок, которая предотвращает излом выходящих через них проводов высоковольтного и глушения при их изгибах, работой электрического разрядника, который предотвращает возникновение недопустимо высоких напряжений, могущих вызвать пробой изоляции на высоковольтной катушке трансформатора при исчезновении электрического контакта провода высоковольтного со свечой зажигания при работающем двигателе, а так же за счет размещения большего количества элементов внутри корпуса, обеспечивающего их защиту.
Улучшение параметров искрового разряда повышается за счет уменьшения потерь энергии в конструкции П-образного магнитопровода трансформатора при соединении двух его частей по всей поверхности стыка с зазором, в 10 или более раз меньшим рабочего магнитного зазора, по сравнению с соединением их замком, а так же за счет исключения ответвления части магнитного потока в магнитный шунт и уменьшения утечек тока высокого напряжения при покрытии всех элементов конструкции этим же компаундом и выполнения блока электроники на печатной плате. Кроме того, за счет покрытия всех элементов высокоадгезионным влагозащитным компаундом достигается длительная защита элементов электронного магнето от климатических воздействий в процессе эксплуатации. В реальных условиях эксплуатации за счет уменьшения отказов магнето и увеличения энергии искрового разряда надежность поджига топлива в двигателе внутреннего сгорания повышается.
Габариты и масса электронного магнето уменьшены за счет отсутствия магнитного шунта, размещения цилиндрических втулок 15 и 16 для вывода из корпуса проводов высоковольтного и глушения внутри корпуса. Гибкая конструкция электрического разрядника позволяет путем изгибов в нужном направлении уменьшить его габариты, за счет чего его можно разместить на свободном месте внутри выполненного из электроизоляционного материала.
Таким образом, поставленные задачи полностью решаются в полезной модели электронного магнето предлагаемой конструкции.
Полезная модель опробована в образцах электронного магнето для мотоблоков «Нева», «Каскад» и «Ока». Корпус с тремя втулками выполнен из материала «Полиамид-66», гибкая трубка электрического разрядника выполнена из фторопласта-4. Покрытие деталей магнето высокоадгезионным влагозащитным компаундом, склеивание деталей и пропитка могут быть произведены до заливки электронного магнето, в едином технологическом процессе вакуумирования всего изделия с последующим снятием вакуума, в лаке УР-231. Заливочный компаунд - эпоксидная смола ЭД-20. В качестве наполнителя использовался стеклопорошок. По сравнению с прототипом достигнуто увеличение энергии искрового разряда в 1,5 раза, уменьшение массы на 16 процентов, габаритных размеров - на 15 процентов по высоте, снижение уровня возвратов электронного магнето из эксплуатации в гарантийный период с 2÷3% до 0,2÷0,3%.
1. Электронное магнето, содержащее выполненный из электроизоляционного материала корпус, внутри которого расположены низковольтная и высоковольтная катушки трансформатора, одетые на первую втулку, катушка датчика со стержневым магнитопроводом, П-образный магнитопровод трансформатора, который состоит из двух частей, соединенных между собой внутри первой втулки, и блок электроники, а внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса заполнен электроизоляционным компаундом, отличающееся тем, что электронное магнето содержит электрический разрядник, выполненный из гибкой электроизоляционной трубки, в которую с обеих сторон вставлены и зафиксированы два отрезка электропровода (или другого гибкого электропроводящего элемента) с зазором между их концами, а другие их концы электрически соединены с проводом высоковольтным и проводом заземления соответственно, и вторую и третью цилиндрические втулки для вывода проводов высоковольтного и глушения из выполненного из электроизоляционного материала корпуса, имеющие переменный внутренний диаметр, равный диаметру проходящего через них провода на входе во втулку и увеличенный на величину допустимого изгиба проходящего через них провода на выходе его из втулки, П-образный магнитопровод трансформатора выполнен без магнитного шунта и обе его части соединены между собой внутри первой втулки по всей поверхности стыка с магнитным зазором, в 10 или более раз меньшим рабочего магнитного зазора, а вторая и третья цилиндрические втулки, катушка датчика со стержневым магнитопроводом и электрический разрядник помещены внутри выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, и этот корпус занимает все пространство между концами П-образного магнитопровода трансформатора, кроме того, блок электроники выполнен на печатной плате, зафиксированной на первой втулке, а зазор между внутренней поверхностью первой втулки и внешней поверхностью П-образного магнитопровода трансформатора и все открытые поверхности элементов электронного магнето содержат высокоадгезионный влагозащитный компаунд.
2. Электронное магнето по п.1, отличающееся тем, что электроизоляционный компаунд, заполняющий внутренний объем выполненного из электроизоляционного материала корпуса электронного магнето, содержит наполнитель с электроизоляционными свойствами.
