Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к системам зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Устройство содержит источник питания, ключи и коммутатор, и катушку зажигания, а также один или два накопительных конденсатора. Ключи и коммутатор связаны с блоком управления, вырабатывающим на своих выходах необходимую последовательность импульсов. Комбинация ключей, накопительных конденсаторов и введение дополнительного источника напряжения позволяют создать системы зажигания, параметры которых удовлетворяют потребностям пользователей. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к системам зажигания в автомобилях с бензиновым двигателем.

Известно устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее прерыватель, управляемый ключ на транзисторах и катушку зажигания [1] Один вывод первичной обмотки катушки зажигания в данном устройстве подключен к бортовой сети автомобиля, а второй вывод этой обмотки через управляемый ключ соединен с общей шиной электрооборудования автомобиля. Управление ключом происходит непосредственно от прерывателя. Искровой разряд в этом устройстве возникает при разрыве коммутатором цепи протекания тока через первичную обмотку катушки зажигания и состоит из двух фаз относительно короткой (емкостной) фазы пробоя искрового промежутка, когда за очень короткое время пробоя выделяется энергия, которой и определяется весь последующий процесс воспламенения смеси, и длительной индуктивной фазы, когда в искровом промежутке развивается электрический тлеющий разряд. Во второй фазе в искровой промежуток поступает накопленная катушкой энергия, которая только поддерживает разряд в промежутке и слабо влияет на скорость сгорания смеси.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве мощность, выделяемая в искровом промежутке, сравнительно невелика, что снижает надежность запуска двигателя в неблагоприятных условиях, например зимой или при сильно разряженном аккумуляторе, а также может приводить к пропускам искрообразования на переходных режимах двигателя, например при разгоне. Кроме того, в известном устройстве мощность искры зависит от частоты искроообразования таким образом, что при повышении частоты искрообразования указанная мощность снижается. Вследствие этого устойчивая работа двигателя на больших оборотах происходит при достаточно обогащенном составе горючей смеси, что отрицательно сказывается на экономичности работы двигателя. Действительно, выделяемая в данном устройстве в искровом промежутке мощность ограничена энергией, запасенной в первичной обмотке катушки зажигания во время замкнутого состояния контактов прерывателя и управляемого ключа. Эта энергия определяется током, протекающим во время замкнутого состояния ключа через первичную обмотку катушки зажигания, который ограничен в данном устройстве, в основном, величиной напряжения бортовой сети и омическим сопротивлением первичной обмотки катушки зажигания. Поскольку известное устройство ориентировано на использование, прежде всего, в составе классической системы зажигания, катушки зажигания которых имеют достаточно высокое сопротивление первичной обмотки, то указанные ток и энергия сравнительно невелики. Снижение энергии искры в данном устройстве при повышении оборотов двигателя происходит из-за невысокой скорости накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания. Кроме того, в известном устройстве из-за низкого КПД передачи энергии от катушки зажигания в искровой промежуток и небольшой энергии, выделяемой в искровом промежутке, низка вероятность быстрого воспламенения неоднородных топливных смесей.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее источник питания, между шинами которого подключены последовательно соединенные первый ключ, первичная обмотка катушки зажигания и коммутатор, последовательно соединенные второй ключ и накопительный конденсатор вольтодобавки, установленные между точкой соединения первого ключа и первичной обмоткой катушки зажигания и выводом коммутатора, подключенным к шине источника питания, третий ключ, установленный между точками соединения второго ключа с накопительным конденсатором и первичной обмотки катушки зажигания с коммутатором, а также блок управления ключами и коммутатором, включающие в себя первый и второй формирователи управляющих сигналов, выходы которых образуют соответственно первый и второй выходы блока управления, причем второй ключ выполнен управляемым, вход управления коммутатором подключен к первому выходу блока управления, а вход управления второго ключа соединен со вторым выходом блока управления (2-й вариант устройства по п. 1 формулы изобретения), принятое за прототип. В данном устройстве обеспечивается формирование двух искр со сравнительно высокой энергией в каждом цикле искрообразования, что увеличивает суммарную энергию искрообразования и обеспечивает пуск двигателя в неблагоприятных условиях. Кроме того, благодаря введению управляемых ключей величина запасаемой энергии перестает быть зависимой от частоты искрообразования. Первый искровой разряд в каждом цикле искрообразования в этом устройстве начинается в момент замыкания обоих управляемых ключей и происходит благодаря разряду заряженного перед этим конденсатора через первичную обмотку катушки зажигания. Второй искровой разряд в каждом цикле искрообразования начинается в момент размыкания обоих управляемых ключей и происходит за счет размыкания цепи протекания тока от источника питания через первый диод вторым управляемым ключом. При этом во время броска напряжения на первичной обмотке катушки зажигания через второй диод происходит зарядка конденсатора до напряжения (E_п U_д1 - U_д2 + U_пр./K_тр.), где E_п напряжение источника питания, U_д1, U_d2 падения напряжения на открытых первом и втором диодах, U_пр. напряжение, развиваемое на вторичной обмотке катушки зажигания при возникновении искрового пробоя, K_тр. - коэффициент трансформации катушки зажигания (т. е. U_пр./K_тр. является приведенным к первичной обмотке напряжением, развиваемым катушкой зажигания во время искрового пробоя). Часть этой энергии, запасенной в конденсаторе, будет использована для формирования первого искрового разряда в следующем цикле искрообразования.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве остаются низкими КПД, мощность передачи энергии от источника к искровому промежутку и суммарная энергия, выделяемая в искровом промежутке во время каждого искрового разряда. Дополнительная энергия, выделяемая в прототипе от подачи дополнительного искрового разряда в каждом цикле искрообразования, относительно невелика. Это объясняется тем, что после индуктивной фазы первого искрового разряда сопротивление искрового промежутка из-за избытка зарядов в нем мало, поэтому отсутствует фаза пробоя у второго высоковольтного импульса. Следовательно, реально имеется только одна искра, которая подпитывается дополнительным импульсом тока от второго высоковольтного импульса. В результате оказывается низким КПД передачи энергии от источника высоковольтных импульсов к искровому промежутку, что снижает эффективность от применения многоискрового зажигания горючей смеси. Кроме того, в известном устройстве существуют ограничения на значение емкости накопительного конденсатора. Она должна быть сравнительно малой, т.к. при подключении накопительного конденсатора большей емкости после размыкания коммутатора на первичной обмотке катушки зажигания амплитуда импульса напряжения может стать меньше, чем напряжение пробоя искрового промежутка, деленное на коэффициент трансформации катушки зажигания. Отсутствие задержки отпирания третьего ключа (поскольку там обычный диод) в известном устройстве после размыкания коммутатора приводит к тому, что конденсатор стремится зарядиться до амплитудного значения импульса напряжения на первичной обмотке катушки зажигания после размыкания коммутатора. Следовательно, в данном устройстве из-за уменьшения напряжения на катушке зажигания после пробоя искрового промежутка, третий ключ, выполненный в виде диода, закрывается и накопительный конденсатор после этого не может отбирать энергию из катушки зажигания.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении КПД передачи энергии в искровой промежуток и суммарного количества энергии, выделяемой в искровом промежутке, за счет обеспечения возможности формирования нескольких искровых разрядов, эффективных с точки зрения увеличения скорости воспламенения горючей смеси и повышения экономичности работы двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений, заключается в принудительном укорочении неэффективной медленной фазы искрового разряда с низкой мощностью энерговыделения и быстром восстановлении сопротивления искрового промежутка после каждого высоковольтного импульса, передаче оставшейся после пробоя энергии катушки в конденсатор для передачи ее в быструю (емкостную) фазу следующей искры.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащем источник питания, первый ключ, катушку зажигания, коммутатор, управляемый второй ключ, накопительный конденсатор вольтодобавки, третий ключ и блок управления ключами и коммутатором, включающий в себя первый и второй формирователи управляющих сигналов, третий ключ выполнен управляемым, а в блок управления ключами и коммутатором введен третий формирователь управляющих сигналов, выход которого подключен ко входу управления третьего ключа и образует третий выход блока управления, причем третий формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска по срезу выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления.

Дополнительно в данном устройстве первый ключ выполнен управляемым, а в блок управления ключами и коммутатором введен четвертый формирователь управляющих сигналов, выход которого подключен ко входу управления первого ключа и образует четвертый выход блока управления, причем четвертый формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления.

Кроме того, в данное устройство дополнительно введены последовательно соединенные регулируемый источник напряжения и четвертый ключ, установленные параллельно накопительному конденсатору вольтодобавки, причем четвертый ключ выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен пятым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует пятый выход блока управления и подключен ко входу управления четвертого ключа, при этом пятый формирователь выполнен с задержкой запуска относительно фронта выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления.

Помимо этого, дополнительно в данное устройство введены пятый и шестой ключи, выполненные управляемыми, причем шестой ключ установлен в разрыв соединения между выводом накопительного конденсатора и шиной источника питания, подключенной к выводу коммутатора, а пятый ключ установлен между точкой соединения шестого ключа с накопительным конденсатором и шиной источника питания, подключенной к первому ключу, при этом блок управления ключами и коммутатором снабжен шестым и седьмым формирователями управляющих сигналов, выходы которых образуют соответственно шестой и седьмой выходы блока управления и подключены соответственно ко входам управления пятого и шестого ключей, причем шестой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, а седьмой формирователь выполнен противофазным шестому.

Также в данное устройство дополнительно введены второй накопительный конденсатор, установленный в разрыв соединения вывода второго ключа с первым ключом и первичной обмоткой катушки зажигания, и седьмой ключ, установленный между точкой соединения второго накопительного конденсатора со вторым ключом и шиной источника питания, подключенной к выходу коммутатора, причем седьмой ключ выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен восьмым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует восьмой выход блока управления и подключен ко входу управления седьмого ключа, при этом восьмой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала четвертого формирователя управляющих сигналов блока управления.

Предложенное в данном устройстве выполнение третьего ключа управляемым и введение в блок управления ключами и коммутатором третьего формирователя управляющих сигналов, выход которого подключен ко входу управления третьего ключа и образует третий выход блока управления, причем третий формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска по срезу выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, обеспечивают следующее. Замыкание третьего ключа с задержкой после момента размыкания коммутатора, а, следовательно, и начала искрообразования позволяет подключить накопительный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания в индуктивной (медленной) фазе искрового разряда, что приводит к прекращению электрического разряда и удалению зарядов из зоны искрового промежутка через катушку зажигания этим накопительным конденсатором. При этом накопленная таким образом конденсатором энергия будет возвращена в катушку зажигания в быстрой (емкостной) фазе следующей искры при замыкании второго ключа.

Дополнительно предложенное в данном устройстве выполнение первого ключа управляемым и введение в блок управления ключами и коммутатором четвертого формирователя управляющих сигналов, выход которого подключен ко входу управления первого ключа и образует четвертый выход блока управления, причем четвертый формирователь управляющих сигналов выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, обеспечивают следующее. Размыкание первого ключа позволяет подключать к первичной обмотке катушки зажигания при замкнутом коммутаторе накопительный конденсатор, заряженный до напряжения меньше напряжения источника питания. В этом случае амплитуда напряжения на накопительном конденсаторе выбирается меньшей или равной значению уровня прекращения лавинного размножения электрических зарядов в искровом промежутке. Это приводит к прекращению электрического разряда за счет удаления зарядов из зоны искрового промежутка через катушку зажигания этим источником напряжения. Использование же для этой цели относительно высокого напряжения, как это было бы при использовании неуправляемого первого ключа и во время замкнутого состояния коммутатора, например напряжения бортовой сети оказывает противоположный эффект не прекращает, а наоборот, поддерживает электрическую дугу в индуктивной фазе. Поэтому в данном устройстве происходит принудительное укорочение длительной и неэффективной фазы искрового разряда с низким КПД передачи энергии от источника высоковольтных импульсов напряжения к искровому промежутку, а вторая и последующие искры в каждом цикле искрообразования формируются во время образования фронта горения горючей смеси в цилиндрах. Тем самым достигается увеличение КПД передачи энергии и суммарного количества энергии, выделяемого в искровом промежутке, благодаря возможности формирования нескольких искровых разрядов, эффективных с точки зрения как передачи энергии искровому промежутку, так и экономичности работы двигателя внутреннего сгорания.

Предложенное дополнительно введение в данное устройство последовательно соединенных регулируемого источника напряжения и четвертого ключа, установленных параллельно накопительному конденсатору вольтодобавки, причем четвертый ключ выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен пятым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует пятый выход блока управления и подключен ко входу управления четвертого ключа, при этом пятый формирователь выполнен с задержкой запуска относительно фронта выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, позволяет оптимизировать скорость передачи энергии из первичной обмотки катушки зажигания в накопительный конденсатор с одновременной оптимизацией вышеописанного электрического поля рассасывания избыточных зарядов в индуктивной фазе искрового разряда. Действительно, использование дополнительного регулируемого источника напряжения обеспечивает ограничение значения напряжения на накопительном конденсаторе на уровне, взятом с учетом конкретных условий работы данного двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, в каждом конкретном случае могут быть достигнуты наилучшие условия для прекращения индуктивной фазы искрового разряда.

Дополнительно предложенное в данном устройстве введение пятого и шестого ключей, выполненных управляемыми, причем шестой ключ установлен в разрыв между выводом накопительного конденсатора с шиной источника питания, подключенной к выводу коммутатора, а пятый ключ установлен между точкой соединения шестого ключа с накопительным конденсатором и точкой соединения шины источника питания и первого ключа, при этом блок управления ключами и коммутатором снабжен шестым и седьмым формирователями управляющих сигналов, выходы которых образуют соответственно шестой и седьмой выходы блока управления и подключены соответственно ко входам управления пятого и шестого ключей, причем шестой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, а седьмой формирователь выполнен противофазным шестому, обеспечивает следующее. Дополнительные ключи позволяют подключать заряженный накопительный конденсатор последовательно с источником питания устройства, что увеличивает падение напряжения на первичной обмотке катушки зажигания в фазе пробоя искрового промежутка при замкнутом коммутаторе. Тем самым обеспечивается увеличение скорости нарастания тока в первичной обмотке катушки зажигания в фазе накопления тока при замкнутом коммутаторе. Это увеличивает энергию, выделяемую в искровом промежутке.

Предложенное в данном устройстве дополнительное введение второго накопительного конденсатора, установленного в разрыв соединения вывода второго ключа с первым ключом и первичной обмоткой катушки зажигания, и седьмого ключа, установленного между точкой соединения второго накопительного конденсатора со вторым ключом и шиной источника питания, подключенной к выходу коммутатора, причем седьмой ключ выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен восьмым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует восьмой выход блока управления и подключен ко входу управления седьмого ключа, при этом восьмой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала четвертого формирователя управляющих сигналов блока управления, повышает скорость нарастания тока в первичной обмотке катушки зажигания в фазе накопления энергии за счет подключения заряженного дополнительного конденсатора в этой фазе последовательно с источником питания. Здесь также обеспечивается дополнительное увеличение энергии, выделяемой в искровом промежутке.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата, в частности заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого случая результата; увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результат, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена схема прототипа; на фиг. 2 схема заявляемого устройства в объеме п. 1 формулы изобретения; на фиг. 3 схема заявленного устройства в объеме п. 2 формулы изобретения; на фиг. 4 -схема заявленного устройства в объеме п. 3 формулы изобретения; на фиг. 5, 6 схемы заявленного устройства в объеме п. 4; на фиг. 7 схема заявленного устройства в объеме п. 5 формулы изобретения. Для наглядности на всех схемах блок управления не изображен, источник питания в виде отдельного блока также не показан, а представлен в виде двух шин, обозначенных соответственно E_п (положительная шина) и I (отрицательная шина) для наиболее распространенной в современных автомобилях полярности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания содержит источник питания, между шинами которого подключены последовательно соединенные первый ключ 1, первичная обмотка 2 катушки зажигания и коммутатор 3, а также блок управления ключами и коммутатором, накопительный конденсатор 4 вольтодобавки, управляемый второй ключ 5 и управляемый третий ключ 6 (см. фиг. 2). Последовательно соединенные третий ключ 6 и накопительный конденсатор 4 вольтодобавки подключены параллельно коммутатору 3. Второй ключ 5 установлен между точкой соединения первого ключа 1 с первичной обмоткой 2 катушки зажигания и точкой соединения третьего ключа 6 с накопительным конденсатором 4. Блок управления снабжен первым, вторым и третьим формирователями управляющих сигналов (на фиг. 2 не показаны), выходы которых образуют соответственно первый, второй и третий выходы блока управления, которые подключены соответственно ко входам управления коммутатора, второго и третьего ключа. Третий формирователь управляющих сигналов блока управления выполнен с задержкой запуска по срезу выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления.

Устройство работает следующим образом.

В момент первоначального включения устройства, напряжение от источника питания поступает на шины E_п и I. Блок управления формирует импульсы управления ключами 5, 6 и коммутатором 3. Блок управления осуществляет замыкание ключа 6 после размыкания ключа 5. В предпочтительном выполнении устройства ключ 5 замыкается синхронно с коммутатором 3. Из-за того, что конденсатор 4 не успел зарядиться до напряжения, большего, чем напряжение питания, искровой разряд в момент физически первого цикла искрообразования имеет меньший запас по пробивному напряжению. Происходит запасение энергии в первичной обмотке 2 катушки зажигания благодаря протеканию тока по цепи шина E_п первый ключ 1 первичная обмотка 2 катушки зажигания коммутатор 3 шина I. При размыкании коммутатора 3 разрывается цепь протекания тока через первичную обмотку 2 катушки зажигания, на ее обмотках возникает бросок напряжения. При этом, т.к. третий 6 ключ замыкается лишь спустя установленное время задержки t_зд после начала искрового разряда, а данное время задержки t_зд в предпочтительном варианте исполнения устройства выбирают равным продолжительности пробоя искрового промежутка, то заряд накопительного конденсатора 4 происходит во время медленной (индуктивной) фазы искрового разряда. Накопительный конденсатор 4 при этом подзаряжается током первичной обмотки катушки зажигания до напряжения (E_п + U_с), где E_п напряжение питания, а U_c напряжение, до которого зарядится конденсатор C током I_к первичной обмотки катушки зажигания с индуктивностью L (U_c<LI²_к/2CE_п). Напряжение на первичной обмотке катушки зажигания при этом равно (E_п U_с). Пониженное напряжение U_с на первичной обмотке катушки зажигания приводит к прекращению электрического разряда и удалению зарядов из зоны искрового промежутка через катушку зажигания этим накопительным конденсатором. С приходом следующего управляющего импульса на коммутатор 3 последний вновь замыкается, при этом замыкается также второй ключ 5, а заряженный до напряжения (E_п + U_с) в предыдущем цикле искрообразования конденсатор 4 разряжается через первичную обмотку 2 катушки зажигания и шину I источника питания. При этом накопленная в конце предыдущего цикла конденсатором 4 энергия будет возвращена в катушку зажигания в быстрой фазе следующей искры при замыкании второго ключа 5. Возникает искровой разряд с большим, чем в первом цикле, запасом пробивного напряжения, и одновременно запасается энергия в первичной обмотке 2 катушки зажигания. При размыкании коммутатора 3 и ключа 5 вновь разрывается цепь протекания тока через первичную обмотку 1 катушки зажигания, на обмотках катушки 1 возникает бросок напряжения, и в этом же цикле искрообразования происходит второй искровой разряд. Конденсатор 4 опять спустя время задержки t_зд заряжается до напряжения (E_п U_с). Дальнейшие циклы искрообразования будут происходить полностью аналогично.

В данном устройстве блок управления снабжен первым, вторым и третьим формирователями управляющих сигналов (на фиг. 2 не показаны), выходы которых образуют соответственно первый, второй и третий выходы блока управления и подключены соответственно ко входам управления коммутатора, второго и третьего ключа. Причем третий формирователь управляющих сигналов блока управления выполнен с задержкой запуска по срезу выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления. Вышеуказанные формирователи блока управления могут быть выполнены по известным в технике схемам, например на основе одновибраторов. Тогда временные интервалы, в течение которых второй 5 и третий 6 ключи находятся в замкнутом состоянии, а также время задержки t_зд в этом случае будут задаваться этими одновибраторами.

В предложенном устройстве энергия, запасенная в конденсаторе после искрового заряда при размыкании коммутатора 3, используется для формирования искрового разряда в первой быстрой емкостной фазе следующего цикла искрообразования, а подключение накопительного конденсатора к первичной обмотке катушки зажигания во время медленной (индуктивной) фазы искрового разряда приводит к прекращению неэффективной с точки зрения передачи энергии искровому промежутку электрического разряда и удалению зарядов из зоны искрового промежутка через катушку зажигания этим накопительным конденсатором.

Дополнительно в данном устройстве первый ключ 1 выполнен управляемым (см. фиг. 3), а в блок управления ключами и коммутатором введен четвертый формирователь управляющих сигналов, выход которого подключен ко входу управления первого ключа и образует четвертый выход блока управления, причем четвертый формирователь управляющих сигналов выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления (на фиг. 3 не показаны). Предложенное в данном устройстве выполнение первого ключа 1 управляемым и введение в блок управления ключами и коммутатором четвертого формирователя управляющих сигналов обеспечивает следующее. Размыкание первого ключа 1 во время замкнутого состояния коммутатора 3 в этом случае позволяет подключать к первичной обмотке 2 катушки зажигания при замкнутом коммутаторе 3 накопительный конденсатор 4, заряженный до напряжения меньше напряжения E_п источника питания. В этом случае амплитуда напряжения на накопительном конденсаторе 4 выбирается меньшей или равной значению уровня прекращения лавинного размножения электрических зарядов в искровом промежутке. Это приводит к прекращению электрического разряда за счет удаления зарядов из зоны искрового промежутка через катушку зажигания этим источником напряжения при замкнутом состоянии коммутатора 3. Использование же для этой цели относительно высокого напряжения, как это было бы возможно при наличии неуправляемого первого ключа, напряжения бортовой сети E_п оказывает противоположный эффект не прекращает, а, наоборот, поддерживает электрический разряд в "индуктивной" фазе. Поэтому в данном устройстве происходит принудительное укорочение неэффективной в отношении КПД передачи энергии от источника высоковольтных импульсов напряжения к искровому промежутку, фазы искрового разряда, а вторая и последующие искры в каждом цикле искрообразования формируются во время образования фронта горения горючей смеси в цилиндрах. Тем самым достигается увеличение КПД передачи энергии и суммарного количества энергии, выделяемого в искровом промежутке, благодаря возможности формирования нескольких искровых разрядов, эффективных в отношении как передачи энергии искровому промежутку, так и экономичности работы двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, в данное устройство дополнительно введены последовательно соединенные регулируемый источник 7 напряжения и четвертый ключ 8, установленные параллельно накопительному конденсатору 4 вольтодобавки (см. фиг. 4). Четвертый ключ 8 выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен пятым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует пятый выход блока управления и подключен ко входу управления четвертого ключа, при этом пятый формирователь выполнен с задержкой запуска относительно фронта выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления (на фиг. 4 не показаны). Предложенное введение в данное устройство последовательно соединенных регулируемого источника 7 напряжения и четвертого ключа 8, а в блок управления ключами и коммутатором - пятого формирователя позволяет оптимизировать скорость передачи энергии из первичной обмотки 2 катушки зажигания в накопительный конденсатор 4 с одновременно оптимизацией вышеописанного электрического поля рассасывания избыточных зарядов в индуктивной фазе искрового разряда. Действительно, использование дополнительного регулируемого источника 7 напряжения, подключаемого через ключ 8 к накопительному конденсатору 4 после замыкания конденсатора 3, обеспечивает фиксацию напряжения на конденсаторе 4 на уровне, выбранном с учетом конкретных условий работы данного двигателя внутреннего сгорания. Размыкание ключа 8 должно происходить до очередного замыкания третьего ключа 6. Таким образом, в каждом конкретном случае могут быть достигнуты наилучшие условия для прекращения индуктивной фазы искрового разряда.

Помимо этого, дополнительно в данное устройство введены пятый 9 и шестой 10 ключи, выполненные управляемыми (см. фиг. 5 и 6, иллюстрирующие дополнения данного устройства соответственно в объеме п. 2 и 3 формулы изобретения). Шестой ключ 10 установлен в разрыв соединения накопительного конденсатора 4 с шиной I источника питания, подключенной к выходу коммутатора 3. Пятый ключ 9 установлен между точкой соединения шестого ключа 10 с накопительным конденсатором 4 и точкой соединения шины E_п источника питания с первым ключом 1. Блок управления ключами и коммутатором снабжен шестым и седьмым формирователями управляющих сигналов, выходы которых образуют соответственно шестой и седьмой выходы блока управления и подключены соответственно ко входам управления пятого и шестого ключей, причем шестой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов блока управления, а седьмой формирователь выполнен противофазным шестому (на фиг. 5 и 6 не показаны). Дополнительные ключи 9 и 10 позволяют во время замкнутого состояния коммутатора 3 подключать заряженный накопительный конденсатор 4 последовательно с источником питания устройства, что увеличивает эффективное значение напряжения прилагаемого к первичной обмотке 2 катушки зажигания. Тем самым обеспечивается увеличение скорости нарастания тока в первичной обмотке 2 катушки зажигания в фазе накопления тока при замкнутом коммутаторе 3. Это увеличивает энергию, выделяемую в искровом промежутке, и повышает коэффициент запаса по пробивному напряжению.

Также в данное устройство дополнительно введены второй накопительный конденсатор 11, установленный в разрыв соединения первого ключа 1 и первичной обмотки 2 катушки зажигания с выводом второго ключа 5, и седьмой ключ 12, установленный между точкой соединения второго накопительного конденсатора 11 со вторым ключом 5 и шиной I источника питания, подключенной к выводу коммутатора 3 (см. фиг. 7). Седьмой ключ 12 выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен восьмым формирователем управляющих сигналов, выход которого образует восьмой выход блока управления и подключен ко входу управления седьмого ключа 12, при этом восьмой формирователь выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала четвертого формирователя управляющих сигналов блока управления (на фиг. 7 не показаны). Таким образом, седьмой ключ 12 замкнут после замыкания первого ключа 1. Во время замкнутого состояния ключа 12 происходит заряд дополнительного второго накопительного конденсатора 11 через первый ключ 1 до напряжения E_п источника питания. Поэтому повышается скорость нарастания тока в первичной обмотке 2 катушки зажигания в фазе накопления энергии благодаря подключению заряженного дополнительного конденсатора 11 последовательно с источником питания и конденсатором 4. Здесь также обеспечивается дополнительное увеличение энергии, выделяемой в искровом промежутке, и повышение коэффициента запаса по пробивному напряжению.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий: средство, выполняющее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в автомобилестроении; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Устройство зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащее источник питания, между первой и второй шинами питания которого подключены последовательно соединенные первый ключ, первичная обмотка катушки зажигания и коммутатор, последовательно соединенные второй ключ и накопительный конденсатор, включенные между точкой соединения первого ключа с первичной обмоткой катушки зажигания и второй шиной источника питания, третий ключ, подключенный между точками соединения второго ключа с накопительным конденсатором и первичной обмоткой катушки зажигания с коммутатором, а также блок управления ключами и коммутатором, состоящий из первого и второго формирователей управляющих сигналов, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока управления ключами и коммутатором, причем второй ключ выполнен управляемым, а первый и второй выходы блока управления ключами и коммутатором соединены с входами управления соответственно коммутатора и второго ключа, отличающееся тем, что третий ключ выполнен управляемым, а в блок управления ключами и коммутатором введен третий формирователь управляющих сигналов, выход которого является третьим выходом блока управления ключами и коммутатором, который подключен к входу управления третьего ключа, причем третий формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска по срезу выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый ключ выполнен управляемым, а в блок управления ключами и коммутатором введен четвертый формирователь управляющих сигналов, выход которого является четвертым выходом блока управления ключами и коммутатором, который подключен к входу управления первого ключа, причем четвертый формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные регулируемый источник напряжения и четвертый ключ, подключенные параллельно накопительному конденсатору, а в блок управления ключами и коммутатором введен пятый формирователь управляющих сигналов, выход которого является пятым выходом блока управления ключами и коммутатором, который подключен к входу управления четвертого ключа, при этом пятый формирователь управляющих сигналов выполнен с задержкой запуска относительно фронта выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в него введены пятый и шестой ключи, выполненные управляемыми, при этом подключение последовательно соединенных второго ключа и накопительного конденсатора с второй шиной питания осуществлено через шестой ключ, а пятый ключ включен между первой шиной питания и точкой соединения накопительного конденсатора и шестого ключа, причем в блок управления ключами и коммутатором введены шестой и седьмой формирователи управляющих сигналов, выходы которых являются соответственно шестым и седьмым выходами блока управления ключами и коммутатором и которые соединены с управляющими входами соответственно пятого и шестого ключей, при этом шестой формирователь управляющих сигналов выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала первого формирователя управляющих сигналов, а седьмой формирователь управляющих сигналов формирует сигналы, противофазные сигналам шестого формирователя управляющих сигналов.

5. Устройство по п.2, или 3, или 4, отличающееся тем, что соединение точки соединения первого ключа и первичной обмотки катушки зажигания с выводом второго ключа осуществлено через второй накопительный конденсатор, при этом точка соединения вывода второго ключа с вторым накопительным конденсатором подключена через седьмой ключ с второй шиной питания, при этом седьмой ключ выполнен управляемым, а блок управления ключами и коммутатором снабжен восьмым формирователем управляющих сигналов, выход которого является восьмым выходом блока управления ключами и коммутатором и подключен к входу управления седьмого ключа, при этом восьмой формирователь управляющих сигналов выполнен с запуском по фронту или уровню выходного сигнала четвертого формирователя управляющих сигналов блока управления ключами и коммутатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7