Результат интеллектуальной деятельности: ГЕНЕРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ МАГДИНО

Предлагаемое изобретение относится к области электрооборудования двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в любых двигателях для воспламенения топливно-воздушной смеси.

Известен генератор напряжения магнето [патент России №2105895, дата публикации 1998.02.27], которое содержит обмотку управления и емкостной накопитель, подключенный к зарядной обмотке (обмотке зажигания) через выпрямитель. Такая схема генератора характерна для большинства серийно выпускаемых систем зажигания (магнето) с накоплением энергии на емкости. Недостатком такой схемы является явно выраженная зависимость напряжения на емкостном накопителе в конце цикла накопления от оборотов двигателя. С ростом оборотов напряжение растет, достигает максимума, затем падает. Положение максимума зависит от числа витков обмотки зажигания. Поскольку накопленная энергия превращается в энергию искрового разряда, то энергия искрового разряда имеет тот же характер изменения. Из-за этого возникает противоречие между стремлением уменьшить обороты пуска двигателя за счет увеличения числа витков обмотки зажигания и необходимостью обеспечить достаточную энергию искрового разряда на высоких оборотах, которая с ростом числа витков обмотки зажигания падает. Это противоречие особенно значительно проявляется на двигателях с большим числом оборотов.

Известен генератор магдино (система зажигания с системой освещения) лодочного мотора [«Мотор лодочный подвесной «Нептун-23Э» Руководство по эксплуатации. Москва, 2005»], принимаемый в качестве прототипа. Генератор магдино содержит обмотку зажигания, соединенную через выпрямительное устройство со входами питания коммутатора системы зажигания, обмотку управления, соединенную одним из выводов с управляющим входом коммутатора системы зажигания, обмотку освещения, соединенную через выпрямительное устройство с нагрузками системы освещения. Минусовые выводы обоих выпрямительных устройств и второй вывод обмотки управления соединены. Система зажигания с таким генератором аналогична вышеописанному аналогу [патент РФ №2105895] и имеет те же недостатки. Система освещения с одной обмоткой имеет недостаточное напряжение на выходе при малых оборотах, поскольку число витков обмотки освещения обычно выбирается исходя из достижения заданного напряжения при высоких оборотах двигателя, где мощность освещения может быть получена большей величины. Очевидными недостатками системы освещения при этом являются:

1) отсутствие на лодке, снегоходе, мотоцикле или другом движущемся объекте с двигателем внутреннего сгорания сигнальных огней при малом ходе;

2) необходимость поддержания высоких оборотов двигателя при малом ходе, что не всегда возможно.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - расширение области применения и повышение надежности генератора магдино.

Для решения поставленной задачи предлагается генератор напряжения магдино, содержащий расположенные на магнитопроводах обмотки управления, освещения и зажигания, причем число витков обмотки зажигания больше числа витков обмотки освещения, выпрямительное устройство зажигания, каждый из двух входов которого соединен с одним из двух выводов обмотки зажигания и выпрямительное устройство освещения, каждый из двух входов которого соединен с одним из двух выводов обмотки освещения, один из двух выходов выпрямительного устройства зажигания соединен с выходом той же полярности выпрямительного устройства освещения и одним из двух выводов обмотки управления, выходы генератора соединены со входами коммутатора системы зажигания и со входами нагрузок системы освещения, при этом второй вывод обмотки управления соединен со входом управления коммутатора системы зажигания, причем вторые выходы выпрямительных устройств тоже соединены между собой, и в схему введен стабилизатор напряжения, точки соединения выходов одинаковой полярности выпрямительных устройств соединены со входами стабилизатора напряжения, а его выходы соединены со входами питания коммутатора системы зажигания и со входами нагрузок системы освещения.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена функциональная схема генератора напряжения магдино и его соединения с нагрузками.

Генератор напряжения магдино 1, коммутатор системы зажигания 2 и нагрузки системы освещения 3 в совокупности составляют магдино. Генератор напряжения магдино 1 вырабатывает напряжение для работы коммутатора системы зажигания 2 и нагрузок системы освещения 3. Он содержит обмотку зажигания 4, обмотку освещения 5 и обмотку управления 6, выпрямительное устройство зажигания 7 и выпрямительное устройство освещения 8, стабилизатор напряжения 9, причем обмотка зажигания 4 и обмотка освещения 5 соединены своими выводами со входами соответствующих выпрямительных устройств, выводы одинаковой полярности выпрямительных устройств 7 и 8 соединены между собой и со входами стабилизатора напряжения 9, а его выходы соединены со входами 10, 11 питания коммутатора системы зажигания и со входами 12, 13 нагрузок системы освещения, один из выходов стабилизатора напряжения 9 соединен с одним из выводов обмотки управления 6, второй вывод которой соединен со входом управления 14 системы зажигания.

Генератор работает следующим образом. При вращении ротора генератора (на чертеже не показан) в обмотках зажигания 4, освещения 5 и управления 6 возникает переменное напряжение. Величина этого напряжения в обмотке зажигания 4, имеющей больше витков, чем обмотка освещения 5, соответственно больше. Число витков обмотки зажигания 4 выбирается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора 9 было достаточным для нормальной работы коммутатора системы зажигания 2 при оборотах пуска двигателя. Число витков обмотки освещения 5 выбирается из условия обеспечения максимальной мощности освещения при заданных оборотах, близких к максимальным оборотам двигателя. Напряжения обеих обмоток 4 и 5 выпрямляются и складываются по схеме выбора большего на выводах выпрямительных устройств 7 и 8. При этом максимальное напряжение с выхода обмотки зажигания 4 может быть недопустимо большим. Стабилизатор 9 предотвращает выход напряжения генератора из заданных пределов во всем диапазоне оборотов двигателя. Таким образом, предлагаемая схема генератора напряжения магдино 1 обеспечивает постоянство напряжения на входах коммутатора системы зажигания 2, а значит, и энергии искрового разряда в широком диапазоне оборотов двигателя и высокую мощность напряжения освещения при оборотах двигателя, близких к максимально допустимым.

Область применения генератора напряжения магдино расширяется за счет того, что в области малых оборотов двигателя необходимое напряжение на входах питания коммутатора системы зажигания 2 и входах нагрузок системы освещения 3 обеспечивается обмоткой зажигания 4 с большим числом витков, а в области больших оборотов - обмоткой освещения 5 с меньшим числом витков. Стабилизатор напряжения 9 предотвращает возможные перенапряжения на указанных входах. При этом минимальные обороты устойчивого искрообразования уменьшаются, а максимальные растут по сравнению с аналогами, что расширяет диапазон рабочих оборотов двигателя, в котором обеспечивается устойчивое искрообразование и необходимая мощность освещения.

Надежность генератора напряжения магдино 1 повышается за счет того, что при отказе одной из обмоток 4, 5 или соответствующего выпрямительного устройства 7, 8, на коммутатор системы зажигания 2 подается достаточное для его удовлетворительной работы напряжение из другой обмотки 5, 4 через соответствующее выпрямительное устройство 8, 7, двигатель будет работать. А именно, если отказывает обмотка зажигания 4 или выпрямительное устройство зажигания 7, то увеличиваются обороты запуска двигателя, если отказывает обмотка освещения 5 или выпрямительное устройство освещения 8, то снижается мощность освещения и уменьшается со стороны максимума диапазон оборотов двигателя. В устройстве-прототипе при отказе любой из обмоток или одного из выпрямительных устройств обеспечиваемая ими функция магдино перестает выполняться.

Кроме того, надежность повышается за счет питания коммутатора системы зажигания 2 и нагрузок системы освещения 3 стабилизированным напряжением, что обеспечивает облегчённый режим работы элементов схемы коммутатора системы зажигания 2 и нагрузок системы освещения 3.

В частном случае исполнения генератора напряжения магдино 1, когда обмотка зажигания 4 и обмотка освещения 5 расположены на одном магнитопроводе с целью уменьшения габаритов генератора напряжения магдино, в него введен ключ со схемой управления в зависимости от числа оборотов двигателя, так что вход ключа соединен с одним из выводов обмотки зажигания, а его выход соединен с одним из входов выпрямительного устройства зажигания, второй выход обмотки зажигания соединен со вторым входом выпрямительного устройства зажигания. Ключ замкнут при малых оборотах двигателя (например, при его пуске) и размыкается, когда напряжение на обмотке освещения становится достаточным для работы коммутатора системы зажигания 2. Если этого не сделать, то на высоких оборотах магнитные потоки двух обмоток в общем магнитопроводе будут направлены противоположно и мощность освещения будет уменьшена по сравнению с максимально достижимой при раздельных магнитопроводах.

Дополнительный положительный эффект по повышению надежности в предлагаемом устройстве может быть получен в случае подключения к выходам стабилизатора напряжения 9 (в качестве одной из нагрузок системы освещения) аккумуляторной батареи для ее подзарядки. В этом случае коммутатор системы зажигания 2 получает по входам питания необходимое напряжение от аккумуляторной батареи даже при неработающем двигателе, что исключено в аналогах, для начала его работы достаточно выработать сигнал управления. Наличие аккумулятора обеспечивает работу коммутатора системы зажигания 2, нагрузок системы освещения 3 и при отказе обмотки зажигания, обмотки освещения и обоих выпрямительных устройств одновременно, что также повышает надежность магдино в целом.

Таким образом, поставленные задачи изобретения решаются предлагаемыми изменениями и дополнениями схемы генератора напряжения магдино.

По предложенной схеме изобретения изготовлены и испытаны генераторы напряжения магдино в составе систем электрооборудования лодочных моторов «Нептун-25», «Вихрь-30», «Ветерок-8», «Волгарь-15» (новая разработка). Схема соединений однопроводная, минусовой вывод двух выпрямительных устройств и обмотки управления, входы 11 и 13 соединены с корпусом двигателя. Обмотки зажигания 4 и освещения 5 расположены на одном магнитопроводе, на втором магнитопроводе расположена обмотка управления 6. Число витков обмотки зажигания 360, обмотки освещения 150. В качестве ключа использован трехпозиционный переключатель. В положении 1 - «Пуск» он подключает обмотку зажигания (пусковую) к выпрямительному устройству зажигания, во втором и третьем положениях обмотка зажигания отключена, при этом обмотка освещения питает коммутатор системы зажигания и заряжает аккумулятор (положение 2 - «Батарея») либо питает коммутатор системы зажигания, заряжает аккумулятор и питает нагрузки системы освещения (положение 3 - «Освещение»). Практически после запуска двигателя обмотка зажигания отключается. Выпрямительные устройства выполнены по мостовой схеме, стабилизатор параллельного типа. По результатам испытаний на лодочных моторах «Нептун-25», «Вихрь-30», «Ветерок-8», «Волгарь-15» магдино с заявленным генератором обеспечивает минимальные обороты пуска двигателя менее 200 об/мин, мощность освещения не менее 70 Вт, выходное напряжение стабилизатора (14±0,5)В, ток заряда аккумулятора до 7 А при оборотах двигателя 5000 об/мин, энергия искрового разряда 60 мДж постоянна в диапазоне оборотов (200-6000) об/мин. При этом обеспечивается запуск двигателя при положении ручки газа, соответствующем оборотам холостого хода (800-1000) об/мин, стабильная работа двигателя на холостом ходу и в диапазоне оборотов. В случае отказа обмотки зажигания 4 или выпрямительного устройства зажигания 7 обороты пуска двигателя 480 об/мин. При отказе обмотки освещения 5 или выпрямительного устройства освещения 8 генератор напряжения магдино 1 обеспечивает нормальную работу двигателя до 4000 об/мин, мощность освещения порядка 10 Вт, то есть в обоих случаях генератор напряжения магдино обеспечивает пользователю двигателя внутреннего сгорания удовлетворительные параметры искрового разряда и освещения, при которых можно безопасно доехать до пункта технического обслуживания. При наличии аккумулятора магдино выполняет свои функции при отказе обмоток зажигания 4 и освещения 5, выпрямительных устройств зажигания 7 и освещения 8 до тех пор, пока аккумулятор не разрядится до 9 В, коммутатор системы зажигания будет нормально работать при разрядке аккумулятора до напряжения 3 В.