Индуктивное устройство зажигания и способ управления свечой зажигания с помощью такого индуктивного устройства зажигания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к индуктивному устройству зажигания для управления свечами зажигания двигателя внутреннего сгорания и способу управления свечой зажигания с помощью такого индуктивного устройства зажигания. Устройство содержит по меньшей мере одну схему управления по меньшей мере одной катушкой зажигания и по меньшей мере одну свечу зажигания, при этом оно содержит взаимодействующий по меньшей мере с одной свечой зажигания высоковольтный переключатель, который первым управляющим сигналом от схемы управления переводится в проводящее включенное состояние, через который во включенном состоянии протекает ток искрового разряда по меньшей мере одной свечи зажигания и который выполнен так, что без дальнейшего управления остается в проводящем состоянии, пока ток искрового разряда не станет меньше определенного значения (удерживающего тока). Изобретение позволяет обеспечить надежность зажигания. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к индуктивному устройству зажигания для управления свечами зажигания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения, а также к способу управления свечой зажигания ДВС в соответствии с п. 10 формулы изобретения.
Индуктивные устройства вышеуказанного типа известны. Они могут иметь отдельные индукционные катушки или могут быть оснащены электронным распределителем высокого напряжения. Известны также способы вышеуказанного типа. В частности, при высокой частоте вращения вала ДВС часто проблематичным является измерение ионного тока, с помощью которого можно контролировать протекание процесса горения в ДВС. Оказалось также, что в этом режиме работы энергия, используемая для процесса разряда, не может быть полностью поглощена свечой зажигания, а напротив, по окончании процесса воспламенения сохраняется остаточная энергия, вследствие чего мощность потерь в устройстве зажигания может сильно возрастать. Ранее уже предпринимались различные попытки решения этой проблемы, в которых предусматривалось ограничение тока в конечной ступени устройства зажигания или же ограничение тока осуществлялось с помощью сопротивлений в первичной цепи. Однако в обоих случаях эти попытки приводили к высоким мощностям потерь в конечной ступени зажигания или в катушке зажигания. Кроме того, предпринимались попытки уменьшить энергию катушки зажигания путем уменьшения времени включения при высокой частоте вращения. Однако и в этом случае возникала проблема, состоящая в том, что не во всех режимах работы может быть обеспечен достаточный подвод напряжения и энергии. Предлагаемые согласно изобретению индуктивное устройство зажигания с указанными в п. 1 формулы изобретения признаками и способ с указанными в п. 10 формулы изобретения признаками отличаются тем, что устраняются указанные выше недостатки. Согласно изобретению обеспечивается возможность проводить измерение ионного тока без необходимости уменьшения напряжения и снижения начального значения подводимого к свече зажигания вторичного тока. Кроме того, исключается так называемый режим остаточной энергии в многоцилиндровых двигателях также при высоких частотах вращения, и даже при управлении с помощью лишь одной конечной ступени. При этом управление свечами зажигания при заданной энергии происходит с малым начальным током, что уменьшает износ свечей. Ниже изобретение подробнее поясняется на примерах его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - первый пример выполнения индуктивного устройства зажигания, в котором для каждой свечи зажигания предусмотрено по одной отдельной индукционной катушке; на фиг. 2 - первый вариант выполнения индуктивного устройства зажигания с электронным распределителем высокого напряжения; на фиг. 3 - второй вариант выполнения индуктивного устройства зажигания с электронным распределителем высокого напряжения и на фиг. 4 - схематическая диаграмма напряжений и токов, которые могут быть измерены внутри индуктивных устройств зажигания по фиг. 1-3. На фиг. 1 показана электрическая схема индуктивного устройства 1 зажигания, в котором для каждой свечи 3 зажигания ДВС предусмотрена своя катушка 5 зажигания (называемая также отдельной индукционной катушкой), управление которой осуществляется с помощью конечной ступени зажигания, которая на фигуре представлена лишь сигналом 7 управления по времени, подаваемым на схему коммутации, в данном случае на транзистор 9. Со стороны первичного напряжения катушки 5 зажигания предусмотрена первичная обмотка 11', которая, с одной стороны, соединена с обозначенным знаком "плюс" источником питания, а с другой стороны, через транзистор 9 замкнута на "массу". Со стороны вторичного напряжения катушки 5 зажигания к ее высоковольтному выводу 11 подсоединен высоковольтный переключатель 13, расположенный в цепи 15, соединяющей высоковольтный вывод 11 со свечой 3 зажигания. Присоединенная к высоковольтному выводу 11 обмотка 17 вторичной цепи катушки 5 зажигания с другой стороны через измерительную схему 19 соединена с "массой". Измерительная схема 19 содержит включенный параллельно полупроводниковый стабилитрон (диод Зенера) 21, катод которого соединен с точкой 23 присоединения, а анод замкнут на "массу". Между точкой 23 присоединения и "массой" параллельно полупроводниковому стабилитрону 21 включена последовательная схема, состоящая из конденсатора 25 и диода 27, катод которого замкнут на "массу", а анод соединен с конденсатором 25. К аноду диода 27, соответственно к конденсатору 25 подключено сопротивление 29, другой вывод которого замкнут на "массу". Сопротивление 29 включено таким образом параллельно диоду 27. Точка соединения между диодом 27 и конденсатором 25, к которой присоединено также сопротивление 29, является таким образом выходом 31 измеряемого напряжения, на котором может быть замерено напряжение, пропорциональное ионному току. Для каждой свечи 3 зажигания ДВС предусмотрена одна катушка 5 зажигания и предпочтительно также одна измерительная схема 19. Основным элементом индуктивного устройства 1 зажигания является высоковольтный переключатель 13, предусмотренный во вторичной цепи катушки 5 зажигания и выполненный в данном случае как высоковольтный диак (симметричный диодный тиристор), катод которого подключен к высоковольтному выводу 11, а анод соединен со свечой 3 зажигания. Изображенный пунктирной линией диод 33, включенный параллельно высоковольтному переключателю и имеющий противоположную ему полярность, указывает на то, что высоковольтный переключатель 13 выполнен с обратной проводимостью. Диод 33 даже при выключенном высоковольтном переключателе позволяет положительному потенциалу с высоковольтного вывода 11 по соединительной цепи 15 достигать искрового промежутка 35 свечи 3 зажигания. Положительный потенциал U через конденсатор 25 подводится к искровому промежутку 35, позволяя известным образом измерять ток ионизации IION. Этот ток ионизации дает необходимую информацию о протекании процесса сгорания, в частности о детонации в цилиндре, обслуживаемом данной свечой 3 зажигания, и о процессе сгорания в камере. Ток, протекающий на стороне первичного напряжения катушки 5 зажигания через транзистор 9, обозначен индексом I1, ток, протекающий на стороне вторичного напряжения, обозначен индексом I2. Подводимый к базе транзистора 9 управляющий сигнал, который поступает от не показанного на фигуре блока управления конечной ступенью, обозначен индексом UES. Символом молнии обозначен момент воспламенения. Индуктивное устройство 1' зажигания, схематически изображенное на фиг. 2, имеет принципиально те же элементы, что и устройство зажигания на фиг. 1. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. У индуктивного устройства 1' зажигания по фиг. 2 управляющий сигнал 7 от не показанного на фигуре блока управления конечной ступенью также подается на изображенную в виде транзистора 9 схему коммутации, управляющую единственной катушкой 5 зажигания, к которой могут быть подключены несколько включенных параллельно свечей 3a-3n зажигания. К высоковольтному выводу 11 со стороны вторичного напряжения катушки 5 зажигания через соединительную цепь 15 и через соответствующие высоковольтные переключатели 13a-13n подключены свечи 3a-3n. При этом каждая свеча зажигания обслуживается отдельным высоковольтным переключателем. Показанные пунктирной линией диоды 33a-33n, включенные параллельно высоковольтным переключателям 13a-13n, означают, что высоковольтные переключатели выполнены с обратной проводимостью. Благодаря соответствующему управлению высоковольтными переключателями энергия катушки 5 зажигания (электронным путем) распределяется по свечам 3a-3n. Следовательно, на фиг. 2 изображено устройство зажигания с электронным распределением высокого напряжения. Во вторичной цепи катушки 5 зажигания, а именно на противоположном высоковольтному выводу 11 конце обмотки 17, также предусмотрена измерительная схема 19, структура которой идентична схеме, изображенной и поясненной на фиг. 1. Поэтому вышеприведенное в части, касающейся измерительной схемы на фиг. 1, относится и к рассматриваемой схеме 19. В первичной цепи катушки 5 зажигания протекает ток I1, а во вторичной цепи протекает ток I2, который через высоковольтные переключатели 13a-13n подводится к соответствующей свече 3a-3n зажигания. Управление катушкой 5 зажигания происходит также с помощью обозначенного через UES управляющего сигнала 7, который, поступая от не показанного на фигуре блока управления конечной ступенью, подается к базе транзистора 9. Символом молнии также обозначен момент воспламенения. Высоковольтный переключатель 13a-13n выполнен в данном случае лишь как пример в виде запускаемого световым импульсом диака (LKD), состоящего из обратно включаемого высоковольтного диода 13a', соответственно 13'n, а также управляемого светом переключателя 13''a, соответственно 13''n. Управляемый светом переключатель может приводиться в действие от светового сигнала, формируемого пригодным для этой цели светоизлучающим элементом, например светодиодом. Необходимый для открытия диода свет показан на фигуре двумя волнистыми стрелками. Необходимый для формирования светового сигнала ток обозначен символом IEHV. Внутри высоковольтного переключателя 13a, соответственно 13n оба диода, т. е. управляемый светом переключатель и обратно включаемый переключатель, включены последовательно, причем анод обратно включаемого переключателя 13'a/13'n подключен к свече 3a/3n, а его катод соединен с анодом управляемого светом переключателя 13''a/13''n. Катоды управляемых светом переключателей соединены через соединительную цепь 15 с высоковольтным выводом 11 катушки 5 зажигания. На фиг. 2 показано, что свечи 3a-3n зажигания управляются отрицательным потенциалом. Запускаемые световым импульсом диаки 13a-13n, как упомянуто выше, выполнены с обратной проводимостью, иными словами, они являются проводящими при определенном положительном измеряемом потенциале, т. е. равным заряду конденсатора 25, благодаря чему может быть измерен проводимый через искровой промежуток свечей 3a-3n ионный ток IION. Применяемое для измерения ионного тока измерительное напряжение составляет от 100 до 500 В, предпочтительно от 200 до 300 В. Это относится ко всем вариантам соединений. На фиг. 3 показан вариант выполнения изображенного на фиг. 2 индуктивного устройства 1' зажигания с электронным распределением высокого напряжения. Устройство 1'' зажигания по фиг. 3 отличается лишь тем, что свечи 3a-3n управляются положительным потенциалом, подаваемым с высоковольтного вывода 11 через соединительную цепь 15 и через высоковольтные переключатели 13a-13n на свечи 3a-3n зажигания. Высоковольтные переключатели 13a-13n также выполнены в виде запускаемых световым импульсом диаков (LKD), каждый из которых имеет по одному управляемому светом переключателю 13''a-13''n и высоковольтному диаку, представляющему собой обратно включаемый переключатель 13'a-13'n. Переключатели 13a-13n, применяемые в изображенной на фиг. 3 схеме, запирают в обратном направлении. Полярность диодов высоковольтных переключателей 13a-13n противоположна полярности диодов в показанном на фиг. 2 примере выполнения. Аноды управляемых светом переключателей 13''a-13''n, следовательно, подключены через соединительную цепь 15 к высоковольтному выводу 11, в то время как катоды обратно включаемых переключателей 13'a-13'n подсоединены к свечам 3a-3n зажигания. Однако измерительная схема 19' отличается от показанных на фиг. 1 и 2. Она содержит, например, последовательную цепь из сопротивления 37, диода 39, а также сопротивления 41. Сопротивление 37 соединено с первичной цепью катушки 5 зажигания, а именно с коллектором транзистора 9. Другой вывод сопротивления 37 соединен с анодом диода 39, катод которого соединен с сопротивлением 41 и конденсатором 42. Противоположный от сопротивления 41 вывод конденсатора 42, с которого снимается пропорциональное ионному току IION напряжение, замкнут через сопротивление 44 на "массу". Противоположный от конденсатора 42 вывод сопротивления 41 соединен с точкой 23, к которой присоединены управляющие свечами 3a-3n зажигания высоковольтные переключатели, в данном случае высоковольтные диоды 43a-43n, аноды которых присоединены к точке 23, а катоды соединены с концом искрового промежутка свечей 3a-3n зажигания, к которому подсоединены также высоковольтные переключатели 13a-13n. Противоположный конец искрового промежутка свечей 3a-3n замкнут на "массу". С помощью измерительной схемы 19' положительный сигнал напряжения подается на свечи 3a-3n зажигания для замера ионного тока IION. Благодаря соответствующей полярности высоковольтных диодов 43a-43n предотвращается попадание приложенного к свечам 3a-3n высокого напряжения на измерительную схему. В остальном элементы индуктивного устройства 1'' по фиг. 3 соответствуют элементам изображенного на фиг. 2 варианта выполнения. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. Поэтому вышесказанное в части, касающейся описания таких элементов на фиг. 2, относится и к аналогичным элементам на фиг. 3. На фиг. 4 схематически показана зависимость прикладываемого к базе транзистора 9 управляющего напряжения UES от времени t, временная характеристика первичного тока I1 в катушке 5 зажигания, а также вторичного тока I2 в катушке 5 зажигания, подаваемого на управляемые свечи зажигания, и на четвертой диаграмме показано приложенное к свечам зажигания вторичное напряжение U2 в зависимости от времени t. И на последней, самой нижней диаграмме на фиг. 4 показан ток IEHV, служащий для управления рассмотренными в примере на фиг. 2 и 3 управляемыми светом переключателями 13''a-13''n и тем самым для управления электронным распределением высокого напряжения. Из диаграмм на фиг. 4 видно, что управляющее напряжение UES подается в течение так называемого времени включения до момента t1 и снимается в момент воспламенения, обозначенный символом молнии. До момента t1 первичный ток I1 линейно возрастает, а затем резко падает. До момента t1 вторичный ток I2 остается равным нулю, а в момент t1 возрастает до своего максимального значения. Одновременно в момент t1 вторичное напряжение U2 достигает своего пика. Необходимая продолжительность искрового разряда охватывает период времени от t1 до t2. На фиг. 4 видно, что в течение периода времени t



Формула изобретения
1. Индуктивное устройство зажигания для управления свечами зажигания двигателя внутреннего сгорания, имеющее по меньшей мере одну схему управления по меньшей мере одной катушкой зажигания и по меньшей мере одну свечу зажигания, отличающееся наличием взаимодействующего по меньшей мере с одной свечой зажигания высоковольтного переключателя (13; 13a-13n), который первым управляющим сигналом от схемы управления переводится в проводящее включенное состояние, через который во включенном состоянии протекает ток (I2) искрового разряда по меньшей мере одной свечи (3; 3a-3n) зажигания и который выполнен так, что он без дальнейшего управления остается в проводящем состоянии, пока ток искрового разряда не станет меньше определенного значения (удерживающего тока). 2. Устройство зажигания по п.1, отличающееся тем, что схема управления выполнена с возможностью выдавать второй управляющий сигнал для окончания определенным образом периода искрового разряда. 3. Устройство зажигания по п.2, отличающееся тем, что второй управляющий сигнал имеет такую длительность, которой недостаточно для повторного появления вторичного тока (I2), но которой достаточно для поддержания высоковольтного переключателя (13; 13a-13n) по истечении некоторого времени восстановления в отключенном состоянии. 4. Устройство зажигания по п.3, отличающееся тем, что длительность второго управляющего сигнала составляет 10 - 500 мкс, предпочтительно около 100 мкс. 5. Устройство зажигания по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что высоковольтный переключатель (13; 13a-13n) включен между высоковольтным выводом (11) во вторичной цепи катушки зажигания и свечой (3; 3a-3n) зажигания. 6. Устройство зажигания по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что высоковольтный переключатель выполнен в виде диака или в виде запускаемого импульсом переключателя. 7. Устройство зажигания по п.6, отличающееся тем, что высоковольтный переключать (13) выполнен в виде высоковольтного диака с обратной проводимостью. 8. Устройство зажигания по п.6, отличающееся тем, что высоковольтный переключатель (13a-13n) выполнен в виде запускаемого световым импульсом диака с обратной проводимостью. 9. Устройство зажигания по любому из пп.1 - 8, отличающееся наличием подающей на свечи (3; 3a-3n) зажигания измерительный ток измерительной схемы (19, 19') для определения ионного тока. 10. Способ управления свечой зажигания двигателя внутреннего сгорания с помощью индуктивного устройства зажигания, прежде всего индуктивного устройства зажигания по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что для реализации определенной продолжительности искрового разряда в свече зажигания генерируют два управляющих сигнала, причем первый управляющий сигнал служит для создания воспламеняющей искры, а второй управляющий сигнал - для отключения вторичного тока и тем самым для окончания периода искрового разряда. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что второй управляющий сигнал служит для отключения высоковольтного переключателя, через который ток искрового разряда протекает к свече зажигания. 12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что второй управляющий сигнал выдается с длительностью 10 - 500 мкс, предпочтительно около 100 мкс. 13. Способ по любому из пп.10 - 12, отличающийся тем, что на свечи зажигания подают измерительное напряжение для контроля за процессом сгорания с помощью измерения ионного тока. 14. Способ по любому из пп.10 - 13, отличающийся тем, что измерительное напряжение выбирают в пределах 100 - 500 В, предпочтительно 200 - 300 В.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4