УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F02P3/04 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси в камерах сгорания поршневых двигателей.

Известны устройства для систем зажигания ДВС, содержащие входной формирователь и коммутационный транзистор, управляющий работой катушки зажигания. Управление этими устройства осуществляется как контактами прерывателя распределителя зажигания [1] так и бесконтактным датчиком [2]
Ограничение тока в первичной обмотке катушки зажигания обеспечивается за счет добавочного сопротивления, включенного последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания. В режиме пуска добавочное сопротивление закорачивается.

Несмотря на простоту, устройство имеет ряд существенных недостатков. Это большая рассеиваемая мощность в катушке и добавочном сопротивлении, невысокие выходные характеристики системы зажигания.

Известно устройство [3] исключающее эти недостатки за счет наличия в нем средств активного ограничения выходного тока, адаптивного выключения выходного тока при остановленном двигателе.

Недостатком этого устройства является сложность.

Наиболее близким по технической сущности является устройство [4] содержащее коммутационный транзистор и монолитную интегральную схему с функциями ограничения выходного тока, адаптивного регулирования скважности импульсов выходного тока и плавного выключения выходного тока при остановленном двигателе.

Недостатком устройства является узкая область применения из-за возможности использования только одного типа датчика.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить область применения устройства.

Положительный эффект при промышленном выпуске устройства по предлагаемому изобретению заключается в снижении себестоимости изделия за счет уменьшения количества комплектующих элементов, размеров блока, печатной платы и т. д.

Положительным эффектом также является повышение надежности изделия, особенно при его изготовлении в технологии СМД или гибридной интегральной технологии на толстых пленках.

За счет этого можно эксплуатировать, например, катушку зажигания Б115 без добавочного сопротивления, одновременно снизив ее перегрев в рассеиваемую мощность, т. е. тем самым увеличить срок службы катушки зажигания.

Положительный эффект от применения технического решения может быть достигнут и благодаря улучшению характеристик и параметров аппаратов зажигания, что благоприятно сказывается на работе ДВС.

Для этого в устройстве для системы зажигания ДВС, содержащем электронный прерыватель и монолитную интегральную схему с признаками прототипа, предусматривают второй вход для подключения второго датчика углового положения коленчатого вала (УПКВ), резистор рабочего тока второго датчика, входной формирователь с открытым коллектором, который содержит последовательно включенные времязадающую цепочку и инвертор, причем выход формирователя соединен с первым входом интегральной схемы.

Между выходом входного формирователя и первым входом монолитной интегральной схемы могут быть включены также либо устройство оперативной коррекции момента зажигания (МЗ), либо выключатель противоугонного устройства или то, и другое.

С помощью этих средств реализуется устройство, обладающее новыми свойствами, которые не проявляются в известных технических решениях.

По предлагаемому изобретению авторы располагают действующим макетным образцом и положительным протоколом испытаний.

На фиг. 1 приведен вариант реализации устройства для системы зажигания ДВС; на фиг. 2 и 3 варианты реализации устройства для системы зажигания ДВС с учетом частных случаев; на фиг. 4 диаграммы, поясняющие принцип работы устройства на фиг. 1.

Схема устройства для системы зажигания ДВС (см. фиг. 1) содержит электронный прерыватель 2, средство 3 измерения выходного тока устройства 1, операционную часть, содержащую монолитную интегральную схему 4, времязадающие конденсаторы 5, 6, 7, резистор 8, последовательно включенные резистор 9 и конденсатор 10 корректирующей RC-цепи, входной формирователь 11 и резистор 12.

Устройство 1 снабжено выводами 13 (+ U_n) и 14 (- U_n) для подключения положительного и отрицательного полюсов источника напряжения постоянного тока, например аккумуляторной батареи, выводом 15 (КЗ) для подключения катушки зажигания, выводом 16 (Пр) для подключения датчика УПКВ двигателя, например контактов прерывателя классического распределителя зажигания, выводом 17 (СЭ), являющимся входом монолитной интегральной схемы 4 и выводом 18 (Ф), являющимся выходом входного формирователя 11, причем выводы 18 и 17 соединены между собой шиной 19.

Электронный прерыватель 2 осуществляет коммутацию тока в первичной обмотке катушки зажигания. Когда электронный прерыватель 2 включен, через первичную обмотку катушки зажигания протекает ток, т. е. происходит процесс накопления энергии в электромагнитном поле катушки зажигания. В момент выключения электронного прерывателя 2 происходит реализация накопленной энергии в искровом промежутке свечи зажигания. В качестве электронного прерывателя 2 используется, например, однокристальный составной n-p-n транзистор КТ 898А, выполненный по схеме Дарлингтона. Коллекторный вывод 20 транзистора соединен с выходным выводом 15 (КЗ) устройства 1. Базовый вывод 21 транзистора соединен с выходным выводом монолитной интегральной схемы 4. Эмиттерный вывод 22 транзистора соединен со средством 3 измерения выходного тока, в качестве которого используется, например, низкоомный резистор 23 номиналом 0,04 0,1 Ом. Напряжение, пропорциональное выходному току, снимается с резистора 23 с помощью делителя напряжения на резисторах 24 и 25 и подается на чувствительный вход монолитной интегральной схемы 4.

Коэффициент деления делителя определяет уровень ограничения выходного тока и задается при изготовлении устройства 1 в процессе настройки путем изменения сопротивления резисторов 24, 25.

Операционная часть устройства 1 обеспечивает адаптивное регулирование скважности импульсов выходного тока, ограничение выходного тока на заданном уровне, а также плавное выключение выходного тока при остановке двигателя. В качестве монолитной интегральной схемы 4 используется, например, отечественная линейная микросхема КР1047КТ1, включающая средство 26 адаптивного регулирования скважности импульсов выходного тока, средство 27 ограничения выходного тока, средство 28 плавного выключения выходного тока при остановленном двигателе, выходной каскад 29 и источник питания 30. В свою очередь, средство 26 адаптивного регулирования скважности импульсов выходного тока включает нормирующий интегратор 31, интегратор коррекции 32 и компаратор 33.

Монолитная интегральная схема 4 содержит, как минимум, 9 выводов для подключения питающего напряжения, элементов операционной части устройства 1, а также содержит входной и выходной выводы. Выводы 34 и 35 используются для подключения микросхемы к положительному и отрицательному полюсам источника напряжения постоянного тока соответственно. Вывод 36 используется для подключения времязадающего конденсатора 5 к нормирующему интегратору 31. Вывод 37 используется для подключения времязадающего конденсатора 6 к интегратоpу коррекции 32. Вывод 38 используется для подключения времязадающего конденсатора 7 к средству 28 плавного выключения выходного тока при остановленном двигателе. Вывод 39, соединенный с входом средства 27 ограничения выходного тока, является чувствительным входом микросхемы 4 и используется для подключения к средней точке делителя напряжения на резисторах 24 и 25 средства 3 измерения выходного тока. Вывод 40, соединенный с выходом выходного каскада 29, является выходом микросхемы 4, используется для непосредственного подключения к базовому выводу 31 коммутационного транзистора электронного прерывателя 2. RC-цепочка, состоящая из резистора 9 и конденсатора 10, включенная между выводами 39 и 40 микросхемы 4, осуществляет коррекцию амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик средства 27 ограничения выходного тока и устраняет паразитную генерацию коммутационного транзистора электронного прерывателя 2 в режиме ограничения выходного тока. Вывод 41 используется для подключения к выходному каскаду 29 резистора 8, связанного с положительным полюсом источника напряжения постоянного тока. Резистор 8 ограничивает рабочий ток выходного каскада 29. Вывод 42, соединенный с входом средства 26 адаптивного регулирования скважности импульсов выходного тока, является входом микросхемы 4 и используется для подключения датчика УПКВ двигателя, например, датчика на эффекте Холла. В качестве датчика может быть использовано любое иное средство, генерирующее сигнал прямоугольной формы и удовлетворяющее следующим условиям: открытый выход, срез импульса сигнала соответствует моменту искрообразования в свече зажигания двигателя, низкий уровень сигнала не превышает 0,4 В, частота следования сигнала связана с оборотами двигателя n выражением , где Z - число цилиндров двигателя.

В качестве монолитной интегральной схемы 1 могут быть использованы и другие типы микросхемы, например L497, SGS-ТНOMSON, μA 7355, FA1RCH1LД и др.

Входной формирователь 11 осуществляет согласование сигнала второго датчика УПКВ двигателя, например контактов прерывателя с входом 42 микросхемы 4.

Входной формирователь 11 содержит последовательно соединенные времязадающую цепочку 43 и инвертор 44 с открытым выходом. Времязадающая цепочка 43, выполненная, например, в виде интегрирующей цепи, содержащей диод 45, конденсатор 46, резистор 47, осуществляет защиту от дребезга контактов прерывателя. Причем катод диода 45, один из выводов конденсатора 46 и резистора 47 соединены между собой, другой вывод конденсатора 46 соединен с отрицательным полюсом источника напряжения постоянного тока, другой вывод резистора 47 соединен с входом инвертора 44, а анодный вывод диода 45, являющийся входом времязадающей цепочки 43 и входного формирователя 11, подключен к выводу 16 устройства 1.

Инвертор 44 выполнен, например, на n-p-n транзисторе 48 с открытым коллекторным выходом, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника напряжения постоянного тока, а базовый вывод, являющийся входом инвертора 44, соединен с резистором 47, причем между базой и эмиттером транзистора 48 подключен резистор 49.

Резистор 12, включенный между положительным полюсом (вывод 13) источника напряжения постоянного тока и входом 16 устройства 1, обеспечивает рабочий ток второго датчика, например ток через контакты прерывателя.

Схема устройства 1 системы зажигания для ДВС на фиг. 2 характеризуется тем, что между выходом входного формирователя 11 (выводом 18) и входом 42 микросхемы 4 (выводом 17) включено устройство 50 оперативной коррекции момента зажигания, например разработка НПО "Автоэлектроника" по конструкторской документации 2МК. 175.

Схема устройства 1 системы зажигания для ДВС на фиг. 3 характеризуется тем, что между выходом входного формирователя 11 (выводом 18) и входом 42 микросхемы 4 (выводом 17) включен выключатель 51, обеспечивающий функцию противоугонного устройства, например разработка НПО "Автоэлектроника" по конструкторской документации 2МК. 110.

Устройство 1 по схеме фиг. 1 работает следующим образом.

При работе двигателей происходит периодическое размыкание и замыкание контактов прерывателя. При этом на входе 16 (ПР) электронного блока формируется сигнал прямоугольной формы, причем размыканию контактов прерывателя соответствует формирование фронта импульса сигнала, а размыканию контактов соответствует формирование среза импульса. Процесс замыкания контактов характеризуется "дребезгом", в результате чего при формировании среза импульса формируется последовательность коротких импульсов, что нежелательно при последующей обработке сигнала в микросхеме 4 (см. фиг. 4 U 16). Устранить этот недостаток удается во входном формирователе 11, снабженном интегрирующей цепочкой 43. Постоянная заряда конденсатора 46 незначительна, т. к. сопротивление резистора 12 составляет несколько десятков Ом (30 50). Поэтому при формировании сигнала высокого уровня конденсатор 46 быстро заряжается, практически не искажая фронта импульса входного сигнала (см. фиг. 4 U 46). При формировании сигнала низкого уровня диод 45 закрыт и конденсатор 46 заряжается через резистор 47 и открытый переход Б-Э транзистора 48. Причем сопротивление резистора 47 значительно больше сопротивления резистора 12 (5 10 кОм). В результате на выходе 18 инвертора формируется импульсный сигнал (см. фиг. 4 U 18), фронт которого задержан относительно среза импульса сигнала U_пр на время, определяемое постоянной цепи разряда конденсатора 46.

При наличии шины 19 выходной сигнал формирователя 11 подается на вход 42 микросхемы 4, а именно на вход нормирующего интегратора 31, который осуществляет формирование пилообразного периодического сигнала (см. фиг. 4 U 31), амплитуда которого зависит от частоты следования и скважности управляющего сигнала (U_сз). При низком уровне сигнала U_сз формируется фронт пилообразного сигнала, при высоком спад. Сигнал нормирующего интегратора 31 поступает на один из входов компаратора 33, который осуществляет фиксацию момента равенства напряжения на конденсаторе 5 пороговому напряжению, формируемому интегратором коррекции 32 (см. фиг. 4 U 33). Установка компаратора 33 в исходное состояние происходит в момент формирования среза импульса сигнала U_сз. Далее сигнал компаратора 33 усиливается по току в выходном каскаде 29, который непосредственно управляет переключениями коммутационного транзистора электронного прерывателя (см. фиг. 4 U 40). Причем момент фиксации равенства сравниваемых сигналов интеграторов 31 и 32 определяет момент включения коммутационного транзистора прерывателя 2 и, следовательно, начало протекания выходного тока в первичной обмотке катушки зажигания (см. фиг. 4 I_вых.). Напряжение, пропорциональное выходному току, снимается с низкоомного резистора 23 средства 3 измерения выходного тока и через резистивный делитель 24 25 подается на чувствительный вход 39 средства 27 ограничения выходного тока. При достижении выходным током заданной величины (I_р) средство 27 ограничения выходного тока осуществляет ограничение выходного тока, протекающего через коммутационный транзистор, путем переключения его из режима насыщения в активный режим. В момент выключения коммутационного транзистора прерывателя 2 накопленная электромагнитная энергия (12р

•L1)/2 в первичной обмотке (L 1) катушки зажигания реализуется в искровом промежутке свечи зажигания. Одновременно с процессом ограничения выходного тока на выходе средства 27 ограничения выходного тока формируется сигнал (см. фиг. 4 U 27), управляющий процессом разряда конденсатора 6 интегратора коррекции 25. По окончании времени активного режима происходит медленный заряд конденсатора 6 интегратора коррекции 32. В результате, на его выходе формируется пороговый уровень для компаратора 33 (см. фиг.4 U 32), зависимый от оборотов двигателя, напряжения питания, индуктивности и активного сопротивления первичной обмотки катушки зажигания и других внешних факторов. Причем, соотношение разряда и заряда конденсатора 6 выбраны таким образом, чтобы время активного режима коммутационного транзистора прерывателя 2 составляло 6 от периода следования входного сигнала микросхемы 5. При больших оборотах двигателя или пониженном напряжении питания, если выходной ток не успевает достичь заданного значения I_р управление коммутационного транзистора прерывателя 2 осуществляется по сигналу.

При остановке двигателя происходит относительно медленный заряд конденсатора 7 средства 28, на выходе которого через определенное время ≈ 2 с формируется сигнал, запирающий коммутационный транзистор электронного прерывателя 2, причем запирание происходит медленно, чтобы не происходило паразитного искрообразования.

Устройство 1 системы зажигания для ДВС на фиг. 2 работает следующим образом.

Сигнал контактов прерывателя (U_пр), преобразованный во входном формирователе 11 (U 18), как было описано выше, поступает на вход устройства 50 оперативной коррекции момента искрообразования, на выходе которого формируется импульсный сигнал прямоугольной формы, срез которого задержан относительно фронта сигнала контактов прерывателя на некоторую величину, называемую углом коррекции момента искрообразования, причем величина угла коррекции зависит от оборотов двигателя и внешнего регулятора, устанавливаемого водителем при субъективной оценке детонации. Благодаря этому осуществляется бездетонационная работа двигателя при различном октановом числе топлива.

Далее выходной сигнал устройства 50 поступает на вход 42 микросхемы 4 и работа устройства происходит, как было описано выше.

Устройство 1 системы зажигания для ДВС на фиг. 2 работает аналогично схеме на фиг. 1, если ключ 51 замкнут. Если ключ 51 разомкнут, сигнал управления не поступает на вход 42 микросхемы 4 и искрообразование отсутствует. Причем благодаря наличию средства 28 безыскрового выключения тока устройство 1 и катушка зажигания будут обесточены. В этом случае выключатель S1 выполняет функцию противоугонного устройства.

Устройство 1 для системы зажигания ДВС может быть также использовано, если отсутствует связь между выходом 18 формирователя 11 и выводом 17, являющимся входом микросхемы 4. В этом случае выход бесконтактного датчика, которым оборудован автомобиль, соединен с выводом 17 и устройство 1 работает, как было описано выше, а второй вход 16 и формирователь 11 находятся в резерве.

Использование: электрооборудование автомобилей, в частности системы зажигания двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливно-воздушной смеси в камерах сгорания поршневых двигателей. Сущность изобретения: устройство содержит электронный прерыватель 2 и монолитную интегральную схему 4 по типу КР1047 КТ1, второй вход 16 для подключения второго датчика УПКВ, резистор 12 рабочего тока второго датчика, входной формирователь 11 с открытым выходом, состоящий из последовательно соединенных времязадающей цепочки и инвертора 48. Между выходом формирователя 11 и первым входом 42 монолитной интегральной схемы 7 могут быть включены также либо устройство оперативной коррекции У3, либо выключатель противоугонного устройства, или и то, и другое. 3 з. п., ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для системы зажигания двигателя внутреннего сгорания, содержащее первый вход, служащий для подключения первого датчика положения коленчатого вала, электронный прерыватель, первый выходной зажим которого служит для подключения первичной обмотки катушки зажигания, второй выходной зажим соединен с отрицательным полюсом источника напряжения постоянного тока через средство измерения выходного тока устройства, а входной зажим соединен с выходом монолитной интегральной схемы, состоящей, как минимум, из средств ограничения выходного тока, адаптивного регулирования скважности импульсов выходного тока и плавного выключения выходного тока при остановленном двигателе, причем монолитная интегральная схема содержит первый вход, соединенный с первым входом устройства, и входы, обеспечивающие ее функционирование, отличающееся тем, что в него введены второй вход для подключения второго датчика положения коленчатого вала, резистор, обеспечивающий рабочий ток второго датчика, и формирователь с открытым выходом, вход которого подключен к второму входу, а выход соединен с первым входом монолитной интегральной схемы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход формирователя с открытым выходом соединен с первым входом монолитной интегральной схемы через устройство оперативной коррекции момента зажигания. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход формирователя с открытым выходом соединен с первым входом монолитной интегральной схемы через выключатель. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что формирователь с открытым выходом содержит последовательно соединенные времязадающую цепочку и инвертор, причем вход времязадающей цепочки является входом, а выход инвертора выходом формирователя с открытым выходом.