Бесконтактная система и способ зажигания рабочей смеси в цилиндрах двс

1 Область техники Изобретение относится к электротехнической промышленности, преимущественно к электрооборудованию транспортных средств или механизированного инструмента, а именно к конструкции бесконтактных систем и способам зажигания рабочей смеси в цилиндрах маломощных ДВС. Предшествующий уровень техники Известные системы зажигания выполнены из отдельных узлов, размещенных на двигателе или кузове объекта и соединенных проводами,что обуславливает увеличение габаритов, веса и снижение эксплуатационных свойств системы и объекта. Электронные системы зажигания,удачно решая задачу минимизации системы, не всегда обеспечивают надежность полупроводниковых узлов вследствие термического влияния на их параметры тепла двигателя и узлов системы. Таковы системы зажигания с размещенными в специальном кожухе из изоляционного материала катушкой зажигания (1 заявка РСТ 95/15781, F 02P 13/00 за 1992 г.) или с металлической крышкойрадиатором (2 заявка РСТ 90/04717, F 02P 3/02 за 1990 г.). В известных бесконтактных системах с микросборками в одном кожухе (3 заявка JР 61-31058, F 02P 15/00 за 1986 г.) или с заформованными компаундом катушкой зажигания и преобразователем постоянного тока в одном моноблоке (4 заявка ЕПВ 0156917, F 02P 15/00, H 01R 31/00 за 1985 г.) обеспечивается компактность,удобство в обслуживании, однако, недостаточно у них тепловое демпфирование и неравномерно распределение температур внутри моноблока(кожуха). Известные способы управления зажиганием ДВС требуют сложных средств измерения параметров работы двигателя и формирования импульса, подаваемого на искровой промежуток свечи с преобразованием замеренных величин(5 а.с. СССР 861707, F 02P 5/08 за 1981 г.). Известен способ зажигания рабочей смеси в цилиндрах ДВС со смещением моментов времени поворота коленвала двигателя на заданный угол и времени развития максимального давления в камере сгорания в каждом такте рабочего хода поршня с отсчетом упомянутого угла относительно верхней мертвой точки посредством устройства электронного регулирования (6 пат. РФ 2067688, F 02P 5/04 за 1996 г.). Наиболее близким по технической сути к предлагаемой системе зажигания является комбинированная система плазменного зажигания для ДВС с пространственным разнесением к торцам моноблока низковольтных и высоковольтных электронных узлов, выполненных из микросборок на раздельных диэлектрических основаниях, залитого компаундом и содержащего катушку зажигания с высоковольтными выводами. Моноблок закреплен на кузове металлическими кронштейнами для дополнительного теп 001819 2 лового демпфирования теплонагруженных электронных узлов, разнесенных к торцам моноблока (7 пат. РФ 2075 б 27, F 02 Р 15/00 за 1997 г.). Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ улучшения характеристик ДВС путем согласования скорости протекания рабочего процесса в камере сгорания двигателя с его режимом работы воздействием искровым разрядом в такте сжатия, с изменением энергии разряда в зависимости от скорости вращения коленвала и нагрузки на нем и сохранением угла опережения зажигания (8 пат. РФ 2086798, F 02 Р 5/00, 15/00 за 1997 г.). Известная комбинированная система зажигания не имеет достаточного равномерного по всему объему рассеивания выделяемого узлами системы тепла, а кронштейны крепления блока увеличивают габариты моноблока. Все известные способы по преимуществу регулируют один или несколько параметров из всей совокупности их и по преимуществу - на установившихся режимах работы ДВС, не обеспечивая оптимальных характеристик его работы на промежуточных режимах. Раскрытие изобретения Изобретение решает задачу улучшения компактности системы зажигания с одновременным улучшением надежности зажигания на переходных режимах маломощных ДВС при минимальной себестоимости системы. Суть изобретения состоит в том, что состоящая из электрически связанных между собой одного, по крайней мере, датчика, модуля зажигания, содержащего микросборку в герметизированном компаундом корпусе, изготовленную по гибридно-пленочной технологии с применением толстых пленок, бескорпусных радиоэлементов и интегральных микросхем,катушку зажигания, высоковольтный вывод которой соединен со свечой зажигания одного,по крайней мере, цилиндра ДВС и средства охлаждения, бесконтактная система зажигания снабжена установленным в полости крышек передней и коробки распределения модулем зажигания, имеющим микросборку на одной из боковых стенок металлического корпуса, содержащую автомат установки оптимального угла опережения зажигания и контроллер бесконтактной системы зажигания, при этом вход автомата установки угла соединен цепочками емкостей, делителем и защитными диодами с магнитоэлектрическим датчиком, тахометром и источником питания соответственно, выход автомата - со входом контроллера, выход которого выходным каскадом с внешним силовым транзистором и стабилитроном соединен с соответствующими концами первичной обмотки катушки зажигания, ротор магнитоэлектрического датчика имеет на боковой поверхности диаметрально противоположные магнитные замыкатели и торцевые аэродинамические элементы на верхнем торце, секторный отражатель, а обмот 3 ки катушки зажигания расположены на сторонах магнитопровода, имеющих воздушные промежутки между его П-образными половинками. Корпус модуля зажигания имеет крепежные кронштейны на боковой поверхности двух противоположных стенок для установки модуля на крышке коробки распределения или на внутренней стороне передней крышки, которая может иметь ребра охлаждения на внешней стороне ее, а одна из стенок корпуса - боковины с продольными пазами на обращенных друг к другу торцах для размещения в них соответствующих сторон колодки штепсельного разъема. Выводы магнитоэлектрического датчика посредством цепочки емкостей С 1 и С 2, делителя R2, R3, R4 и диодов VД 1 и VД 2 соединены соответственно с инвентирующим 2 Д 1 и неинвертирующим 3 Д 1 входами автомата установки оптимального угла опережения зажигания, при этом вывод R4 соединен с общим выводом 4 Д 1 и питания 1 Д 1 (-9 в), а через емкости С 3, С 4, С 5,С 6, С 7, С 8, резистор R9 соответственно с выводами резистора R6, входами 8, 9, 10, 11, 12 микросхемы Д 2 контроллера, а делитель, катод VД 1 и анод VД 2 через резистор R5 соединены с выходами 7 Д 1 микросхемы Д 1 автомата и 5 Д 2 микросхемы контроллера и со вторым выводомR6, вывод R2 делителя соединен с выводом 8 Д 1 питания (+9 в) и входом питания 3 Д 2 контроллера, с выводом резистора R6 и резистора R7, через который - с источником питания (+12 в) и первым входом первичной обмотки катушки зажигания, а через балластный резистор R8 - с катодом стабилитрона VД 3 защиты выходного каскада, анод которого заземлен, и с выходом 16 Д 2 микросхемы контроллера, выходы 13 Д 2 и 14 Д 2 контроллера соединены соответственно с базой внешнего транзистора VT1 и с выводомR10 цепочки R10C9, вывод С 9 которой соединен с выходом 13 Д 2, а через резистор R11 - с эмиттером внешнего транзистора, соединенным с корпусом через резистор R12, коллектор транзистора соединен со вторым выводом первичной обмотки катушки зажигания, а входы 6 Д 2 и 7 Д 2 контроллера соединены через резистор R13 с источником питания (+12 в), а через резисторR14 - с тахометром, входы 1, 2 и 4 контроллера заземлены. Способ зажигания рабочей смеси в цилиндре ДВС, заключающийся в том, что на искровой промежуток свечи подают со вторичной обмотки катушки зажигания высоковольтное напряжение, обеспечивая оптимальный угол опережения зажигания и энергию разряда, по которому напряжение на искровой промежуток свечи подают в каждом такте, причем в рабочем такте напряжение на искровой промежуток свечи подают с энергией соответствующей энергии пробоя сжатой топливовоздушной смеси, равной 7-7,5 мДж, а в холостом такте - смеси воздуха с остаточными парами топлива с подачей энергии, равной 0,5 мДж. Выполнение системы в модульном исполнении из двух гибридных 4 микросхем в одном металлическом корпусе,ротора датчика с аэродинамическими элементами и магнитопровода из двух П-образных половинок обеспечивает более высокую миниатюризацию и равномерное по всему объему полости размещения системы теплорассеивание. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показана бесконтактная система зажигания в полости, образованной крышкой передней и крышкой коробки распределения; на фиг. 2 - вид в плане на крышку распределительной коробки с расположенными на ней магнитоэлектрическим датчиком, модулем зажигания и секторным отражателем; на фиг. 3 - расположение микросборки и катушки зажигания в металлическом корпусе; на фиг. 4 - схема расположения обмоток на магнитопроводе катушки зажигания; на фиг. 5 - стенка корпуса модуля зажигания с колодкой штепсельного разъема; на фиг. 6 - электросхема включения бесконтактной системы зажигания в цепь объекта; на фиг. 7 - график зависимости напряжения на свече в зависимости от оборотов; и на фиг. 8 - схема изменения импульсов в системе зажигания. Лучший вариант осуществления изобретения Бесконтактная система зажигания состоит из магнитоэлектрического датчика 1 (фиг. 1 и 2), модуля зажигания 2 с катушкой зажигания 3,установленных в полости 4 между передней 4 и крышкой 4 коробки распределения. Ротор магнитоэлектрического датчика имеет магнитные замыкатели 5 и аэродинамические элементы 6, а закреплен датчик 1 на крышке 4 коробки распределения вместе с секторным отражателем 7. Модуль зажигания состоит из установленных в металлическом корпусе катушки зажигания 3 и микросборки из автомата установки оптимального угла опережения зажигания Д 1 (фиг. 3) и контроллера бесконтактной системы зажигания Д 2 формирования оптимальной энергии искры Д 2, электрически связанных между собой и соответственно с датчиками магнитоэлектрическим 1 и тахометром, с источником питания(+12 в) и выходным каскадом с внешним транзистором VT1 и стабилитроном VД 3 согласно схеме на фиг. 6. Первичная 8 и вторичная 9 с высоковольтными выводами 9 обмотки катушки зажигания 3 расположены на сторонах магнитопровода, имеющих воздушный промежуток между его П-образными половинками 10. Металлический корпус выполнен с кронштейнами 11(фиг. 2) для крепления модуля на крышке 4 коробки распределения. Полость корпуса модуля с размещенными в ней катушкой зажигания 3 и микросборкой Д 1 и Д 2 заполнена эластичным компаундом К-68 на основе кремнийорганической резины (на эскизе не показан компаунд). Работает бесконтактная система зажигания на ДВС следующим образом. Искровой разряд оптимальной энергии (требуемой длительности 5 и амплитуды) и требуемый угол опережения зажигания в зависимости от оборотов ДВС необходимы для надежного зажигания топливовоздушной смеси в каждом такте любого режима работы двигателя, переходного или установившегося. Для обеспечения требуемых энергии искрообразования и угла опережения зажигания на всех режимах синусоидальные импульсы с магнитоэлектрического датчика 1 (фиг. 1, 6, 8),частота которых пропорциональна оборотам ДВС, автомат установки оптимального угла опережения зажигания Д 1 преобразует в прямоугольные импульсы отрицательной полярности. Передний фронт прямоугольных импульсов определяет момент искрообразования, параметры этих импульсов соответствуют параметрам импульсов с датчика Холла в известных бесконтактных емкостных системах. После подачи на вход контроллера Д 2 из этих импульсов формируется управляющий силовым внешним транзистором VT1 сигнал. Этот сигнал обеспечивает управление временем накопления в катушке зажигания, ограничением пикового тока в ней диодом его VД 3 с соответствующими элементами выходного каскада системы и восстановление времени накопления энергии. Прерывание тока в первичной обмотке 8 катушки зажигания в момент максимального значения его (-7 А) и оптимальная длительность накопления (разряда)-3 мс обеспечивают высокую экономичность предлагаемой системы при высокой надежности зажигания рабочей смеси в цилиндрах ДВС, в том числе и на переходных режимах его работы. Энергия разряда 0,5 мДж в холостом такте и 77,5 мДж в рабочем такте обеспечивается физико-кинематически вследствие изменения свойств пробиваемой искрой среды при увеличении давления сжимаемой смеси. Выделяющееся при работе системы тепло автомата Д 1 и контроллера Д 2 передается через компаунд металлическому корпусу модуля зажигания 2, от которого конвективно рассеивается по объему полости 4 вследствие перемешивания воздуха в ней аэродинамическими элементами 6 датчика 1. Выполнение предлагаемой системы с микросборкой Д 1 и Д 2 на двух гибридных интегральных микросхемах в металлическом корпусе с катушкой зажигания, имеющей обмотки на сторонах магнитопровода с воздушными промежутками между его П-образными половинками 10,обеспечивает модулю габариты 5774,55987 и размещение его в полости 4 крышек, предназначенной для установки известной катушки зажигания в двухцилиндровом ДВС. Компоновка бесконтактной системы зажигания для одноцилиндрового ДВС при обеспечении надежности воспламенения рабочей смеси на переходных режимах будет более миниатюрной, а корпус ее может иметь стенку с боковинами 12 и колодкой 13 штепсельного разъема в пазах боковин (фиг. 5). В описывае 001819 6 мой компоновке предлагаемой системы выходные параметры определяются в результате обработки автоматом Д 1 и контроллером Д 2 импульсов датчиков магнитоэлектрического и тахометра. Включение в компоновку системы бортового микропроцессора увеличивает число обрабатываемых системой параметров до требуемого их набора, включающего, например,октановое число применяемого топлива, атмосферное давление и температура и т.п. с одновременным упрощением системы и электросхемы ее. Для изготовления автомата Д 1 и контроллера Д 2 могут использоваться микросхемы,радиотехнические и электронные приборы отечественной и/или импортной элементной базы(микросхемы 521 САЗ, КФ 1055 ХП 2, L497, В 941,В 931 и т.п.). Графики изменения углов опережения зажигания у предлагаемой системы и известной системы с механическим прерывателем совпадают и по характеру изменения и по требуемому интервалу изменения углов (фиг. 7,кривые а и б). Промышленная применимость Возможность промышленного использования бесконтактной систем зажигания следует из того, что для изготовления ее используются известные освоенные промышленностью отечественные и зарубежного производства комплектующие изделия, материалы, технологии и оборудование с оснасткой, причем имеются также в электронной промышленности все необходимые для использования и совершенствования системы специалисты. Гибридно-пленочные технологии изготовления микросхем во всем мире имеют высокий уровень автоматизации, производительности и надежности. Изделия элементной базы (резисторы, проводники) изготавливаются также по хорошо освоенной толстопленочной технологии на основе отечественных или импортных паст. Промышленная применимость бесконтактной системы зажигания в промышленности не ограничивается ее использованием в техпроцессах изготовления узлов и деталей ее,она широко применима в быту и промышленном производстве в составе объектов минигрузовиков Муравей или механизированного инструмента и оснастки. Заявителем изготовлены опытные образцы предлагаемой системы,которые успешно прошли стендовые испытания и опробирование в компоновке мотоциклетного двигателя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Бесконтактная система зажигания, состоящая из электрически связанных между собой одного, по крайней мере, датчика 1, модуля зажигания 2, содержащего микросборку в герметизированном компаундом корпусе, изготовленную по гибридно-пленочной технологии с применением толстых пленок с бескорпусными радиоэлементами и интегральных микросхем, 7 катушку зажигания 3, высоковольтный вывод 9 которой соединен со свечой зажигания в одном,по крайней мере, цилиндре ДВС, и средства охлаждения, отличающаяся тем, что в полости 4, образованной передней крышкой 4 и крышкой распределительной коробки 4, модуль зажигания имеет микросборку на одной из боковых стенок металлического корпуса, содержащую автомат установки оптимального угла опережения зажигания Д 1 и контроллер бесконтактной системы зажигания Д 2, при этом вход автомата установки угла соединен цепочками емкостей,делителем и защитными диодами с магнитоэлектрическим датчиком, тахометром и источником питания +12 в, выход автомата - со входом контроллера, выход которого посредством внешнего силового транзистора соединен с соответствующими концами первичной обмотки катушки зажигания и массой, ротор магнитоэлектрического датчика имеет на боковой поверхности диаметрально противоположно расположенные магнитные замыкатели 5, торцевые аэродинамические элементы 6 на верхнем конце и секторный отражатель 7, а обмотки 8, 9 катушки зажигания выполнены на сторонах магнитопровода с воздушными промежутками между его П-образными половинками 10. 2. Бесконтактная система зажигания по п.1,отличающаяся тем, что металлический корпус имеет крепежные кронштейны 11 на боковой поверхности двух противоположных стенок для установки модуля на крышке коробки распределения 4 или на внутренней стороне передней крышки 4, причем эта крышка может иметь ребра охлаждения на внешней ее стороне, а одна из стенок корпуса - боковины 12 с продольными пазами на обращенных друг к другу торцах, в которых установлены соответствующие стороны колодки 13 штепсельного разъема. 3. Бесконтактная система зажигания по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что входы микросхемы Д 1 автомата установки оптимального угла опережения зажигания, инвертирующий 2 Д 1 и неинвертирующий 3 Д 1, соединены с магнитоэлектрическим датчиком 1 посредством 8 диодов VД 1 и VД 2 для защиты входных цепей автомата Д 1, делителя R2, R3, R4 с цепочкой емкостей С 1 и С 2, причем вывод R4 соединен с общим выводом 4 Д 1 и питания 1 Д 1 -9 в, а через емкости С 3, С 4, С 5, С 6, С 7, С 8 и резистор R9 соответственно с выводами резистора R6, входами 8, 9, 10, 11 и 12 микросхемы Д 2 контроллера, а делитель, катод VД 1 и анод VД 2 через резистор R5 с выходами 7 Д 1 микросхемы Д 1 автомата и 5 Д 2 микросхемы контроллера Д 2, а также с выводом резистора R6, вывод R2 делителя соединен с выводом 8 Д 1 питания +9 в и со входом питания 3 Д 2, выводом резистора R6 и через резистор R7 - с источником питания +12 в и с первым выводом первичной обмотки 8 катушки зажигания, через балластный резисторR8 с катодом стабилитрона VД 3 защиты выходного каскада, анод которого заземлен, и с входом 16 Д 2 микросхемы контроллера Д 2, выходы 13 Д 2 и 14 Д 2 соединены соответственно с базой внешнего транзистора VT1 и выводом R10 корректирующей цепочки R10 С 9, вывод С 9 которой соединен с выходом 13 Д 2 микросхемы корректора, через резистор R11 - с эмиттером внешнего транзистора, соединенного с корпусом через резистор R12, коллектор транзистора соединен со вторым входом первичной обмотки 8 катушки зажигания, входы 6 Д 2 и 7 Д 2 соединены через резисторы R13 с источником питания и R14 - с тахометром, а входы 1, 2 и 4 заземлены. 4. Способ зажигания рабочей смеси в цилиндре ДВС, заключающийся в том, что на искровой промежуток свечи подают со вторичной обмотки катушки зажигания высоковольтное напряжение и обеспечивают оптимальный угол опережения зажигания с регулированием энергии разряда, отличающийся тем, что напряжение на искровой промежуток свечи подают в каждом такте, при этом энергию разряда в рабочем такте создают соответственно энергии пробоя сжатой топливовоздушной смеси заданного стехиометрического состава - 7-7,5 мДж, а в холостом такте - смеси воздуха с остаточными парами топлива - 0,5 мДж.