RU2161265C2

RU2161265C2 - Ignition coil

Info

Publication number: RU2161265C2
Application number: RU99104601/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Малышев; А.В. Лисовский
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engine ignition systems. SUBSTANCE: ignition coil has ferromagnetic core, primary winding, secondary winding, high-voltage terminal electrically connected with high voltage lead of secondary winding. Coil is provided with interference suppressing resistor placed between high-voltage lead of secondary winding and high-voltage terminal. Core material can be used as interference suppressing resistor. Core can be made, at least partially, of ferromagnetic powder. EFFECT: provision of small-size ignition coil with low interference level. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в конструкции катушки системы зажигания ДВС. The invention relates to engine building and can be used in the design of the ignition coil of the internal combustion engine.

Известно (см. 1), что основным источником электромагнитных помех в автомобиле является высоковольтная часть системы зажигания. Механизм образования помехи заключается в быстром разряде, в момент электрического пробоя искрового промежутка свечи зажигания, емкости вторичной цепи катушки зажигания, которая успевает зарядиться, до начала фазы пробоя, до некоторого напряжения. Емкость вторичной цепи катушки зажигания складывается из распределенной емкости вторичной обмотки катушки зажигания, емкости высоковольтных проводов, свечи зажигания и т.д. Импульс тока, возникающий при разряде емкости, имеет очень короткую длительность, большую амплитуду (десятки ампер) и является источником электромагнитной помехи с очень широким спектром. It is known (see 1) that the main source of electromagnetic interference in a car is the high-voltage part of the ignition system. The mechanism of interference is a quick discharge, at the time of electrical breakdown of the spark gap of the spark plug, the capacity of the secondary circuit of the ignition coil, which manages to charge, before the start of the breakdown phase, to a certain voltage. The capacity of the secondary circuit of the ignition coil is the sum of the distributed capacity of the secondary winding of the ignition coil, the capacity of high voltage wires, spark plugs, etc. The current pulse arising from the discharge of the capacitance has a very short duration, a large amplitude (tens of amperes) and is a source of electromagnetic interference with a very wide spectrum.

Для снижения уровня (величины) помех обычно в цепь вторичной обмотки катушки зажигания включают помехоподавительный резистор, который снижает уровень помех путем ограничения величины тока разряда вторичной емкости. To reduce the level (magnitude) of interference, a noise suppression resistor is usually included in the secondary circuit of the ignition coil, which reduces the level of interference by limiting the amount of discharge current of the secondary capacitance.

Известны (см. , например, заявку Японии N 57-46634, публ. 04.10.82 г.) свечи зажигания со встроенным помехоподавительным резистором. Known (see, for example, Japanese application N 57-46634, publ. 04.10.82 g.) Spark plugs with integrated noise suppression resistor.

За прототип заявляемого изобретения взята конструкция катушки зажигания, патент РФ N 2117820, публ. 20.08.98. Катушка зажигания содержит установленные в корпусе сердечник, первичную и вторичную обмотки, причем сердечник электрически последовательно соединен с высоковольтным выводом вторичной обмотки. Недостатком такой катушки зажигания является высокий уровень электромагнитных помех. For the prototype of the claimed invention, the ignition coil design is taken, RF patent N 2117820, publ. 08/20/98. The ignition coil comprises a core, primary and secondary windings installed in the housing, the core being electrically connected in series with the high voltage terminal of the secondary winding. The disadvantage of such an ignition coil is the high level of electromagnetic interference.

Задачей заявляемого изобретения является создание малогабаритной катушки зажигания с низким уровнем электромагнитных помех. The task of the invention is the creation of a small ignition coil with a low level of electromagnetic interference.

Указанная задача решается в катушке зажигания, включающей в себя ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, вторичную обмотку и высоковольтный терминал, электрически соединенный с сердечником. Задача решается тем, что катушка снабжена помехоподавительным резистором, включенным между высоковольтным выводом вторичной обмотки и высоковольтным терминалом. При этом в качестве помехоподавительного резистора может быть использован материал сердечника, а сердечник может быть хотя бы частично выполнен из ферромагнитного порошка. This problem is solved in the ignition coil, which includes a ferromagnetic core, a primary winding, a secondary winding and a high voltage terminal electrically connected to the core. The problem is solved in that the coil is equipped with a noise suppression resistor connected between the high voltage terminal of the secondary winding and the high voltage terminal. In this case, the core material can be used as a noise suppression resistor, and the core can be at least partially made of ferromagnetic powder.

Низкий уровень помех достигается за счет оснащения катушки зажигания помехоподавительным резистором и интегрирования помехоподавительного резистора в конструкцию катушки зажигания. A low level of interference is achieved by equipping the ignition coil with a suppression resistor and integrating the suppression resistor into the ignition coil design.

Снижение габаритов катушки достигается за счет использования в качестве помехоподавительного резистора материала сердечника. The coil dimensions are reduced due to the use of core material as a noise suppressor resistor.

Изобретение поясняется следующими чертежами. The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг. 1 изображена конструкция катушки зажигания в продольном разрезе. In FIG. 1 shows a longitudinal section through the construction of an ignition coil.

На фиг. 2 изображена электрическая схема катушки зажигания. In FIG. 2 shows an electrical diagram of an ignition coil.

На фиг. 3 изображена электрическая схема катушки зажигания с устройством контроля состояния процесса горения в камере сгорания ДВС. In FIG. 3 shows an electrical diagram of an ignition coil with a device for monitoring the state of the combustion process in an internal combustion engine combustion chamber.

На фиг. 4 изображена электрическая схема системы зажигания, использующая катушку зажигания с устройством контроля состояния процесса горения в камере сгорания ДВС. In FIG. 4 shows an electrical diagram of an ignition system using an ignition coil with a device for monitoring the state of the combustion process in an internal combustion engine combustion chamber.

Катушка зажигания (см. фиг. 1) содержит размещенные в корпусе 1 сердечник 2, первичную обмотку 3, вторичную обмотку 4, имеющую высоковольтный вывод 5, и высоковольтный терминал 6. Сердечник 2 (см. фиг. 2) электрически включен между выводом 5 и высоковольтным терминалом 6 катушки зажигания. The ignition coil (see Fig. 1) contains a core 2 located in the housing 1, a primary winding 3, a secondary winding 4 having a high-voltage terminal 5, and a high-voltage terminal 6. The core 2 (see Fig. 2) is electrically connected between terminal 5 and high-voltage terminal 6 of the ignition coil.

В варианте выполнения катушки зажигания с устройством контроля процесса горения в камере сгорания ДВС, см. фиг. 3, включающим в себя диод 7 и конденсатор 8, сердечник 2 включается между диодом 7 и высоковольтным терминалом 6 катушки зажигания. In an embodiment of the ignition coil with a device for controlling the combustion process in the combustion chamber of the internal combustion engine, see FIG. 3, including a diode 7 and a capacitor 8, a core 2 is connected between the diode 7 and the high-voltage terminal 6 of the ignition coil.

Сердечник 2 может быть выполнен из ферромагнитного, обладающего электрическим сопротивлением, порошка путем прессования при одновременном ориентировании частиц порошка магнитным полем. Сердечник, полученный описанным выше способом, имеет характеристики, позволяющие использовать его как в качестве магнитопровода, так и в качестве высоковольтного сопротивления. The core 2 can be made of a ferromagnetic, electrically resistive powder by pressing while at the same time orienting the powder particles with a magnetic field. The core obtained by the method described above has characteristics that allow it to be used both as a magnetic circuit and as a high-voltage resistance.

Катушка зажигания работает следующим образом. Полный цикл работы катушки зажигания состоит из режима накопления энергии зажигания и режима формирования импульса зажигания, который в свою очередь подразделяется на фазу электрического пробоя и фазу тлеющего разряда. Кроме того, по окончании импульса зажигания катушка может переводиться в режим возбуждения резонансных колебаний для возбуждения ионного тока между электродами свечи зажигания с целью диагностики рабочего процесса в камере сгорания ДВС. Работа катушки зажигания (см. фиг. 4) начинается с режима накопления энергии в ее магнитном поле. Для этого один вывод первичной обмотки, второй вывод которой постоянно подключен к одному из полюсов источника электрического питания автомобиля (на фиг. 4 обозначен +БС), соединяют при помощи коммутационного элемента 9 ко второму полюсу вышеназванного источника питания. При этом через первичную обмотку 3 катушки зажигания начинает протекать нарастающий от нуля ток. При включении коммутационного элемента 9 во вторичной обмотке 4 катушки зажигания образуется бросок напряжения, амплитуда которого равна величине напряжения источника питания, умноженной на коэффициент трансформации катушки зажигания. С целью недопущения пробоя искрового промежутка в момент включения коммутационного элемента 9 во вторичной обмотке 4 катушки зажигания устанавливают диод 7 полярностью, препятствующей прохождению наведенного импульса через вторичную обмотку. Протекание тока через первичную обмотку 3 катушки зажигания вызывает появление в ее сердечнике 2 связанного с током и прямо пропорционального ему магнитного поля, в котором и происходит накопление энергии зажигания. При достижении величины тока заданного значения, а стало быть, и заданной энергии, заканчивается режим накопления энергии зажигания и начинается режим формирования импульса зажигания (искры). Режим формирования импульса зажигания начинается при выключении коммутационного элемента 9 и прерывании тока в первичной обмотке 3 катушки зажигания. The ignition coil operates as follows. The full cycle of the ignition coil consists of the mode of accumulation of ignition energy and the mode of formation of the ignition pulse, which in turn is divided into the phase of electrical breakdown and the phase of the glow discharge. In addition, at the end of the ignition pulse, the coil can be switched to the mode of excitation of resonant oscillations to excite the ion current between the electrodes of the spark plug in order to diagnose the working process in the combustion chamber of the internal combustion engine. The operation of the ignition coil (see Fig. 4) begins with the mode of energy storage in its magnetic field. For this, one terminal of the primary winding, the second terminal of which is permanently connected to one of the poles of the vehicle’s electric power source (indicated by + BS in FIG. 4), is connected using a switching element 9 to the second pole of the aforementioned power source. In this case, a current increasing from zero begins to flow through the primary winding 3 of the ignition coil. When you turn on the switching element 9 in the secondary winding 4 of the ignition coil, a voltage surge is generated, the amplitude of which is equal to the voltage of the power source, multiplied by the transformation coefficient of the ignition coil. In order to prevent breakdown of the spark gap at the moment of switching on the switching element 9 in the secondary winding 4 of the ignition coil, a diode 7 is installed with a polarity that prevents the induced pulse from passing through the secondary winding. The flow of current through the primary winding 3 of the ignition coil causes the appearance in its core 2 of a magnetic field connected with the current and directly proportional to it, in which the ignition energy is accumulated. When the current value reaches the set value, and therefore the set energy, the mode of accumulation of ignition energy ends and the mode of formation of the ignition pulse (spark) begins. The mode of formation of the ignition pulse begins when the switching element 9 is turned off and the current in the primary winding 3 of the ignition coil is interrupted.

Естественно, что моменты включения и выключения коммутационного элемента должны синхронизироваться с работой ДВС, чтобы обеспечивать появление импульса зажигания в требуемый момент времени. Это может осуществляться, например, при помощи электронного управляющего устройства - контроллера. При разрыве тока в первичной обмотке 3 катушки зажигания в ней образуется индуктивный выброс напряжения, который трансформируется во вторичную обмотку 4 и вызывает заряд емкости 10 вторичной цепи. Емкость 10 вторичной цепи катушки зажигания приложена параллельно искровому промежутку свечи 11 зажигания. Электрическое сопротивление искрового промежутка, в отсутствие электрического пробоя, составляет величину, превышающую 1 МОм, и ток, который при этом через него протекает (ток утечек), очень мал. Вторичная обмотка 4 катушки зажигания при этом работает в режиме генератора напряжения. Напряжение во вторичной обмотке 4 катушки зажигания нарастает во времени от нуля до некоторого значения по синусоидальному закону и вызывает заряд емкости 10 вторичной цепи, поскольку диод 7 не препятствует протеканию тока для заряда емкости 10, т.к. полярность его включения соответствует прохождению наведенного импульса напряжения в прямом направлении. Когда напряжение на емкости 10 вторичной цепи достигает величины, равной напряжению пробоя искрового промежутка свечи 11 зажигания, происходит его электрический пробой. При электрическом пробое сопротивление искрового промежутка скачкообразно уменьшается и емкость 10 вторичной цепи за очень малый промежуток времени (единицы микросекунд) разряжается от напряжения пробоя (7-25 кВ) до напряжения горения тлеющего разряда (0.7 кВ) через помехоподавительное сопротивление, которое ограничивает ток разряда вторичной емкости на приемлемом уровне, снижая тем самым интенсивность электромагнитной помехи. На этом фаза электрического пробоя заканчивается и начинается фаза тлеющего разряда. Вторичная обмотка 4 катушки зажигания при этом шунтируется малым сопротивлением искрового промежутка, которое возникает при его электрическом пробое и работает как генератор тока. Энергия, необходимая для поддержания тлеющего разряда, черпается из магнитного поля катушки зажигания, которое локализуется, главным образом, в сердечнике 2. Величина тока тлеющего разряда по мере расходования на его поддержание энергии, запасенной в магнитном поле катушки зажигания во время протекания первичного тока через первичную обмотку 3 катушки, будет линейно падать от некоторого (0.6 А - 0.8 А) начального значения, равного величине первичного тока в момент его разрыва, деленного на коэффициент трансформации катушки зажигания, до некоторого минимального (0.2 А) тока горения, при котором происходит погасание (сдувание) тлеющего разряда. При погасании тлеющего разряда сопротивление искрового промежутка также скачком становится исходным, т. е. порядка единиц МОм. Длительность фазы тлеющего разряда составляет величину порядка тысяч микросекунд. После окончания искрового разряда, катушка зажигания может быть переведена в режим возбуждения резонансных колебаний, который предназначен для возбуждения ионного тока в искровом промежутке свечи 11 зажигания с целью контроля рабочего процесса в цилиндре ДВС. Для этого производят кратковременное включение коммутационного элемента 9 с частотой, близкой к резонансной частоте колебательного контура, образованного емкостью вторичной цепи 10 и индуктивностью рассеивания вторичной обмотки 4. При этом величина ионного тока считывается с измерительного конденсатора 8. Naturally, the moments of switching on and off the switching element must be synchronized with the operation of the internal combustion engine in order to ensure the appearance of an ignition pulse at the required time. This can be done, for example, using an electronic control device - a controller. When the current ruptures in the primary winding 3 of the ignition coil, an inductive voltage surge is generated in it, which is transformed into the secondary winding 4 and causes a charge of the secondary circuit 10. The capacity 10 of the secondary circuit of the ignition coil is applied parallel to the spark gap of the spark plug 11. The electrical resistance of the spark gap, in the absence of electrical breakdown, is greater than 1 MΩ, and the current that flows through it (leakage current) is very small. The secondary winding 4 of the ignition coil in this case operates in the voltage generator mode. The voltage in the secondary winding 4 of the ignition coil increases in time from zero to a certain value according to a sinusoidal law and causes a charge of the secondary circuit 10, since the diode 7 does not interfere with the flow of current to charge the capacitor 10, because the polarity of its inclusion corresponds to the passage of the induced voltage pulse in the forward direction. When the voltage on the capacitance 10 of the secondary circuit reaches a value equal to the breakdown voltage of the spark gap of the spark plug 11, an electric breakdown occurs. With electrical breakdown, the resistance of the spark gap decreases stepwise and the capacity of the secondary circuit is discharged in a very short period of time (a few microseconds) from the breakdown voltage (7-25 kV) to the glow voltage of the glow discharge (0.7 kV) through the suppression resistance, which limits the discharge current of the secondary capacitance at an acceptable level, thereby reducing the intensity of electromagnetic interference. At this phase of electrical breakdown ends and the phase of the glow discharge begins. The secondary winding 4 of the ignition coil is thus shunted by the low resistance of the spark gap, which occurs during its electrical breakdown and acts as a current generator. The energy necessary to maintain a glow discharge is drawn from the magnetic field of the ignition coil, which is localized mainly in core 2. The value of the glow discharge current as it is spent on maintaining the energy stored in the magnetic field of the ignition coil during the passage of the primary current through the primary winding 3 of the coil will linearly fall from a certain (0.6 A - 0.8 A) initial value equal to the value of the primary current at the time of its break, divided by the transformation coefficient of the ignition coil, to some orogo minimum (0.2 A) of the current combustion, at which the extinction (blowing) glow discharge. When the glow discharge is extinguished, the resistance of the spark gap also abruptly becomes the initial one, i.e., of the order of units of MΩ. The duration of the glow discharge phase is of the order of thousands of microseconds. After the end of the spark discharge, the ignition coil can be switched to the mode of excitation of resonant oscillations, which is designed to excite the ion current in the spark gap of the spark plug 11 to control the working process in the engine cylinder. To do this, briefly turn on the switching element 9 with a frequency close to the resonant frequency of the oscillatory circuit formed by the capacity of the secondary circuit 10 and the leakage inductance of the secondary winding 4. In this case, the ion current is read from the measuring capacitor 8.

Список литературы:
1. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Учебник для машиностроительных техникумов по специальности "Автотракторное электрооборудование"/ Л. В.Копылова, В.И.Коротков, В.Е.Красильников; Под ред. М.Н.Фесенко и др. - М.: Машиностроение, 1979 г., стр. 338.List of references:
1. Theory, design and calculation of automotive electrical equipment. A textbook for engineering schools in the specialty "Automotive electrical equipment" / L. V. Kopylova, V. I. Korotkov, V. E. Krasilnikov; Ed. M.N. Fesenko et al. - M.: Mechanical Engineering, 1979, p. 338.

Claims

1. Катушка зажигания, включающая в себя ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, вторичную обмотку и высоковольтный терминал, электрически соединенный с высоковольтным выходом вторичной обмотки, отличающаяся тем, что катушка снабжена помехоподавительным резистором, включенным между высоковольтным выходом вторичной обмотки и высоковольтным терминалом. 1. The ignition coil, which includes a ferromagnetic core, a primary winding, a secondary winding and a high voltage terminal, is electrically connected to a high voltage output of the secondary winding, characterized in that the coil is equipped with a noise suppression resistor connected between the high voltage output of the secondary winding and the high voltage terminal.

2. Катушка зажигания по п.1, отличающаяся тем, что в качестве помехоподавительного резистора использован материал сердечника. 2. The ignition coil according to claim 1, characterized in that the core material is used as a noise suppression resistor.

3. Катушка зажигания по п.2, отличающаяся тем, что сердечник хотя бы частично выполнен из ферромагнитного порошка. 3. The ignition coil according to claim 2, characterized in that the core is at least partially made of ferromagnetic powder.