ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР Российский патент 1995 года по МПК F02P3/04 

Изобретение относится к автомобильной электронике, в частности к системам электронного зажигания с накоплением энергии в индукционной катушке для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливной смеси.

Известна тиристорная система электронного зажигания с накоплением энергии в конденсаторе.

Недостатком таких систем зажигания является низкий их КПД и малая длительность искрообразования.

Известна система электронного зажигания (электронный коммутатор) для двигателей автомобиля ВАЗ-2108. Эта система является ближайшим прототипом предлагаемого коммутатора.

Электронный коммутатор (прототип) содержит датчик Холла, выход которого через инвертор и первый резистор соединен с неинверсным входом первого операционного усилителя, инверсный вход которого через первый конденсатор соединен с выходом этого усилителя, а также через второй резистор с шиной источника питания; выход первого операционного усилителя через третий резистор соединен с неинверсным входом второго операционного усилителя, инверсный вход которого через четвертый резистор соединен с первым источником опорного напряжения, выходы же инвертора и второго операционного усилителя соединены с соответствущими входами логической схемы НЕ-ИЛИ, выход которой связан с базой силового транзистора и через последовательно соединенные первый диод и пятый резистор с инверсным входом первого операционного усилителя; эмиттер же силового транзистора связан с общим проводом схемы; его коллектор через первичную обмотку индукционной катушки соединен с шиной источника питания и через второй конденсатор с эмиттером силового транзистора.

Недостатком этого коммутатора является относительно низкое качество стабилизации энергии искры при ускорениях оборотов двигателя.

Целью изобретения является уменьшение указанного недостатка.

Сущность изобретения заключается в том, что коммутатор дополнительно содержит измеритель скорости и третий операционный усилитель, первый вход которого через третий дифференцирующий конденсатор соединен с выходом измерителя скорости и через шестой резистор с выходом второго источника опорного напряжения, а второй вход через седьмой резистор также с источником второго источника опорного напряжения и через параллельно включенные восьмой резистор и четвертый конденсатор с выходом третьего операционного усилителя, который через девятый резистор соединен с инверсным входом второго операционного усилителя. Последовательно с девятым резистором включен второй диод. Параллельно второму диоду включен десятый резистор.

В качестве первого и второго источников опорного напряжения использован один общий источник опорного напряжения.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого электронного коммутатора.

Электронный коммутатор включает датчик 1 Холла, выход которого через инвертор 2 и через первый резистор 3 соединен с неинверсным входом микросхемы первого операционного усилителя 4. Инверсный вход микросхемы через второй резистор 5 подключен к шине источника питания и через первый конденсатор 6 с выходом этой же микросхемы. Ее выход, кроме этого, через третий резистор 7 соединен с неинверсным входом второго операционного усилителя 8. Инверсный вход этой микросхемы через четвертый резистор 9 подключен к источнику опорного напряжения. Выход инвертора 2 и выход операционного усилителя 8 подключены к соответствующим входам логической схемы НЕ-ИЛИ 10, выход которой подключен к базе силового транзистора 11 и через последовательно соединенные пятый резистор 12 и первый диод 13 соединен с инверсным входом первой микросхемы. Эмиттер силового транзистора 11 связан с общим проводом схемы, а его коллектор через первичную обмотку индукционной катушки 13 соединен с шиной источника питания. Между коллектором и эмиттером транзистора 11 включен второй конденсатор 15. Выход датчика 1 Холла соединен с измерителем 16 скорости, выход которого через последовательно соединенные резистор 17 и дифференцирующий третий конденсатор 18 соединен с инверсным входом третьего операционного усилителя 19.

Между инверсным входом операционного усилителя 19 и его выходом включены восьмой резистор 20 и четвертый конденсатор 21. Инверсный вход микросхемы 19 через седьмой резистор 22 соединен также с источником опорного напряжения. Выход третьей микросхемы через девятый резистор 23 и параллельно соединенные второй диод 24 и десятый резистор 25 соединен с инверсным входом второго операционного усилителя 8. Неинверсный вход третьего операционного усилителя 19 через шестой резистор 26 соединен с источником опорного напряжения.

Электронный коммутатор работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с выхода датчика 1 Холла инвертируются инвертором 2 и подаются на неинверсный вход первого операционного усилителя 4, собранном по схеме интегратора. С выхода этого интегратора снимаются пилообразные импульсы, которые через резистор 7 подаются на неинверсный вход второго операционного усилителя 8, на котором собрана схема компаратора. На инверсный вход этого компаратора через четвертый резистор 9 подается опорное напряжение, равное около 2 В. Снимаемые с выхода интегратора 4 пилообразные импульсы имеют максимальную амплитуду на низких оборотах двигателя. На оборотах в 500 об/мин она составляет около 7 В. С ростом оборотов их амплитуда уменьшается. С выхода компаратора снимаются прямоугольные импульсы, сформированные входными пилообразными импульсами на уровне величины опорного напряжения. При наличии прямоугольных импульсов или на выходе инвертора 2, или на выходе компаратора, или на том и на другом выходах на выходе схемы НЕ-ИЛИ 10 получается нулевой сигнал, которым запирается силовой транзистор 11. При отсутствии положительного импульса одновременно и на выходе компаратора и на выходе инвертора 2 на выходе схемы НЕ-ИЛИ 10 получается логическая "единица". Напряжением с выхода схемы 10 (при "единице") отпирается силовой транзистор 11. При этом происходит накопление магнитной энергии в индукционной катушке 14. В момент появления положительного фронта импульса на выходе инвертора 2 с выхода схемы НЕ-ИЛИ 10 снимается "ноль", которым запирается силовой транзистор 11, а на обмотках индукционной катушки 14 индуцируется импульс высокого напряжения. Формируется искра. Описанная схема построена таким образом, что промежуток времени открытого транзистора 11 (время накопления энергии) примерно постоянен и равен около 5 мс, а точнее на оборотах 4500 об/мин 4,8 мс, на оборотах 300 об/мин 6,4 мс, а на оборотах 6000 об/мин 3,75 мс.

Недостатком этой системы является то, что при положительном ускорении оборотов двигателя в диапазоне оборотов от нуля до 4500 об/мин длительность импульса накопления магнитной энергии индукционной катушки уменьшается и может это время уменьшатся на столько, что прекращается искрообразование. При отрицательных указанных ускорениях, наоборот, время накопления энергии получается избыточным, что так же является недостатком. Эти недостатки уменьшаются с использованием предлагаемой схемы, выполненной на измерителе 16 скорости и дифференциаторе. Эта схема работает следующим образом. Измеритель 16 скорости преобразует частоту следования импульсов, снимаемых с датчиков 1 Холла, в пропорциональное напряжение соответствующей измеряемой скорости. Сигнал, пропорциональный скорости вращения двигателя, снимаемый с измерителя 16, дифференцируется конденсатором 18 и полученный сигнал от производной скорости усиливается усилителем 19, охваченным отрицательной обратной связью, состоящей из резистора 20 и конденсатора 21. Обратная связь, включающая резистор 20, обеспечивает стабильность коэффициента усиления усилителя 19. Резистор 17 и конденсатор 21 уменьшают пульсации на выходе усилителя 19. Таким образом, напряжение на выходе усилителя 19 получается пропорциональным ускорению оборотов двигателя. Этот сигнал при положительном ускорении подается через резистор 23 и диод 24 на инверсный вход усилителя 8, что приводит к уменьшению длительности выходных импульсов компаратора, а, следовательно, ведет к недопущению уменьшения длительности импульса накопления магнитной энергии. Чем больше ускорение оборотов, тем большее напряжение на инверсном входе компаратора и тем сильнее воздействие на время накопления энергии. Подбором резистора 23 можно регулировать степень воздействия усилителя 19 на длительность накопления энергии. Можно выбрать величину резистора 23 такой, что при положительных ускорениях время накопления энергии индуктивным накопителем 14 будет не уменьшаться, а, наоборот, увеличиваться. Диод 24 служит для уменьшения воздействия дифференциатора на время накопления энергии при отрицательных ускорениях. Для управления временем накопления энергии при отрицательных ускорениях служит резистор 25, который в сумме с резистором 23 обеспечивает степень воздействия дифференциатора на время накопления энергии индукционной катушки 14. Резистор 25 служит для уменьшения степени воздействия дифференциатора 19 при отрицательных ускорениях, что связано с тем, что измеритель 16 скорости имеет значительную инерционность, что оказывает отрицательное воздействие на результат дифференциатора. При этом заметим, что положительным сигналом, снятым с выхода дифференциатора, уменьшить энергию искры нельзя, а отрицательным можно.

Таким образом предлагаемый коммутатор позволяет уменьшить изменение энергии искры при ускорениях двигателя и прежде всего при положительных ускорениях.

Использование: в автомобильной электронике. Сущность изобретения: коммутатор включает датчик 1 холла, инвертор 2, резисторы 3, 5, 7, 9, 12, 17, 20, 22, 23 и 25, операционные усилители 4, 8 и 19, конденсаторы 6, 15, 18 и 21, диоды 13 и 24, индукционную катушку 14, элемент НЕ-ИЛИ 10, измеритель 16 скорости. Особенностью изобретения является введение элементов 17 25, что позволило повысить стабилизацию энергии искры в режиме ускорения оборотов двигателя. 1 ил.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР, содержащий датчик Холла, выход которого через инвертор и первый резистор соединен с неинверсным входом первого операционного усилителя, инверсный вход которого через первый конденсатор соединен с выходом первого операционного усилителя, а также через второй резистор с шиной источника питания, выход первого операционного усилителя через третий резистор соединен с неинверсным входом второго операционного усилителя, инверсный вход которого через четвертый резистор соединен с первым источником опорного напряжения, выходы инвертора и второго операционного усилителя соединены с соответствующими входами логической схемы НЕ ИЛИ, выход которой соединен с базой силового транзистора и через последовательно соединенные первый диод и пятый резистор с инверсным входом первого операционного усилителя, эмиттер силового транзистора соединен с общим приводом схемы, его коллектор через первичную обмотку индукционной катушки соединен с шиной источника питания и через второй конденсатор с эмиттером силового транзистора, отличающийся тем, что введены измеритель скорости и третий операционный усилитель, первый вход которого через третий дифференцирующий конденсатор соединен с выходом измерителя скорости и через шестой резистор с выходом второго источника опорного напряжения, второй вход которого через седьмой резистор соединен с выходом второго источника опорного напряжения и через параллельно соединенные восьмой резистор и четвертый конденсатор с выходом третьего операционного усилителя, который через девятый резистор и параллельно соединенные второй диод и десятый резистор соединен с инверсным входом второго операционного усилителя.