ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02P3/04 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания.

Известна электронная система зажигания [1] представляющая собой в основе тиристорно-транзисторный коммутатор. Такая комбинированная схема, синтезирующая положительные свойства транзисторной и тиристорной схем, позволяет получить качественную искру. Однако эта система громоздкая, ненадежная и технологически сложная в изготовлении.

Известна электронная система зажигания [2] в которой устранены указанные недостатки. Система содержит аккумуляторную батарею, с(+) клеммой которой соединены катушка зажигания и электронный коммутатор, соединенный также и с катушкой. С коммутатором соединены контакты прерывателя-распределителя, выполненные в виде датчика Холла. К (-) клемме аккумуляторной батареи подключены датчик Холла и электронный коммутатор, представляющий собой последовательно соединенные входной, промежуточный и выходной каскады. Входной каскад выполнен в виде транзистора с корректирующими цепочками. Промежуточный каскад выполнен на четырех операционных усилителях с корректирующими цепочками. Выходной каскад, выполненный в виде двух транзисторов с корректирующими цепочками и одного составного транзистора. В систему входит параметрический стабилизатор на базе мощного стабилитрона и фильтрующих конденсаторов. Такая система позволяет создать большую скорость нарастания высоковольтного импульса и длительную индуктивную фазу искры за счет применения операционных усилителей и специальной катушки.

Указанное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, в связи с чем оно выбрано в качестве прототипа.

Однако эта электронная система зажигания создают недостаточные условия для полного сгорания смеси, т.е. наличие операционных усилителей не позволяет иметь более высокую скорость нарастания высоковольтного напряжения, а использование специальной катушки позволяет применит эту систему зажигания только на автомобилях определенных марок, например, ВАЗ-2108, 2109 и ЗАЗ-1102.

Предлагаемая электронная система зажигания позволяет создать условия для полного сгорания смеси и использовать систему не только на транспортных средствах, но и на силовых установках с ДВС (карбюраторные, инжекторные, роторно-поршневые).

Такое решение предлагаемой электронной системы зажигания позволяет создать гарантированную синхронизацию подачи высоковольтного импульса в ДВС с положением коленвала или роторе во времени. Использование быстродействующей логики обеспечивает получение высокой скорости нарастания высоковольтного импульса и возможность выходным каскадом коммутировать заданный ток через катушку зажигания, т.е. получать заданную длительность индуктивной фазы высоковольтного разряда в ДВС, таким образом создаются условия для полного сгорания смеси. Предлагаемая система зажигания позволяет использовать электронный коммутатор с низкоомной или с высоковольтной катушкой зажигания как на транспортных средствах, так и на силовых установках с ДВС.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема электронной системы зажигания.

Электронная система зажигания содержит аккумуляторную батарею 1, с (+) клеммой которой соединены катушка 2 зажигания и (+) шина электронного коммутатора, содержащий последовательно соединенные выходной А, промежуточный В и выходной С каскада. Коммутатор также соединен с катушкой 2 зажигания. К входу входного каскада А подсоединен выход контактов прерывателя-распределителя 3. К (-) клемме аккумуляторной батареи 1 подключены контакты прерывателя-распределителя 3 и (-) шина коммутатора.

Входной каскад А выполнен в виде источника тока, содержащего транзистор (P-n-P) 4 и резистор 5 для задания величины тока транзистора 4. Эмиттер транзистора 4 соединен с (+) шиной коммутатора. Один из контактов прерывателя-распределителя 3 соединен с цепочкой световой индикации его состояния, включающей светодиод 6, диод 7 для защиты от обратного напряжения, ограничивающий ток светодиода 6 резистор 8.

Цепочка соединена с выходом параметрического стабилизатора напряжения, представляющего собой последовательно соединенные стабилитрон 9 и ограничивающий через него ток резистор 10. Последний подключен к (+) шине коммутатора, а стабилизатор 9 к (-) шине. Их общая точка а подключена к базе транзистора 11 для передачи напряжения и усиления тока на эмиттер транзистора 11 n-p-n, коллектор которого подключен к (+) шине коммутатора. К эмиттеру транзистора 11 и к (-) шине коммутатора подключена параллельно конденсатор 12 и электролитический конденсатор 13 для фильтрации напряжения. Между шинами коммутатора подключен конденсатор 14, который является фильтрующим по входу параметрического стабилизатора напряжения. Вход цепочка световой индикации соединен с входом ограничителя напряжения входного импульса, который выполнен в виде последовательно соединенных стабилитрона 15, подсоединенного к (-) шине коммутатора и ограничивающего его тока резистора 16, соединенного с входом цепочки световой индикации. Их общая точка b, является выходом ограничителя напряжения входного импульса, соединена с интегрирующей цепочкой. Она включает интегрирующий конденсатор 17, одним выводом подключенным к (-) шине коммутатора, а другим к резисторам 18 и 19, ограничивающим ток зарядки и ток разрядки соответственно конденсатора 17 и диода 20, препятствующего разрядке конденсатора 17 через резистор 18.

Общая точка с резисторов 18, 19 и конденсатора 17 является выходом интегрирующей цепочки. Резистор 19 вторым выводом соединен с (-) шиной коммутатора, а второй вывод резистора 18 соединен с (-) выводом диода 20, дополнительный вывод которого подключен к выходу ограничителя напряжения входного импульса, т. е. к общей точке b стабилитрона 15 и резистора 16. Выход интегрирующей цепочки с соединен с базой эмиттерного повторителя, состоящего из транзистора n-p-n 21 и резистора 22.

Коллектор транзистора 21 подключен к выходу стабилизатора напряжения, эмиттер транзистора 21 к резистору 22, второй вывод которого подсоединен к (-) шине коммутатора. Общая точка d соединения эмиттера транзистора 21 и резистора 22 является выходом эмиттерного повторителя, который подсоединен к входу триггера Шмитта, построенного на базе двух логичных элементов 2 И-НЕ 23 и 24 и двух сопротивлений 25 и 26.

Выход триггера Шмитта подсоединен к промежуточному каскаду В, который выполнен в виде двух последовательно соединенных логических элементов 2И-НЕ 27 и 28. Все логические элементы и логический элемент 29 втекающего тока с одной стороны подключена по питанию к стабилизатору напряжения, а с другой стороны к (-) шине коммутатора.

Выходной каскад С представляет собой выполненные в виде логического элемента 29 втекающего тока, транзисторов p-n-p 30 и транзистора n-р-n 31 по дополнительной схеме включения, резисторы 32, 33, ограничивающие токи баз транзисторов 30, 31, резисторы 34, 35 для создания определенного потенциала на базах соответственно транзисторов 31, 31 и ограничитель напряжения выходного импульса, состоящего из резистора 36 и стабилитрона 37. К выходу промежуточного каскада В подсоединен вход логического элемента 29 втекающего тока, и его выход к резистору 32, подсоединенного к базе транзистора 30 и резистору 34. Эмиттер транзистора 30 и второй вывод резистора 34 подсоединен к (+) шине коммутатора. Коллектор транзистора 30 подсоединен к резистору 30, второй вывод которого соединен с базой транзистора 31 и резисторы 35. Эмиттер транзистора 31 и второй вывод резистора 35 подсоединены к (-) шине коммутатора. Коллектор транзистора 31 подсоединен к катушке 2 и зажигания и к последовательно подсоединенным резистору 36 и стабилитрону 37, второй вывод которого подключен к (-) шине коммутатора, соединенный с (-) клеммой аккумуляторной батареи 1, (+) шина коммутатора подключена к (+) клемме аккумуляторной батареи и к (+) выводу катушки 2 зажигания (при использовании низкоомной катушки через баластный резистор).

Устройство работает следующим образом.

При замкнутых контактах прерывателя-распределителя 3 ток от (+) клеммы аккумуляторной батареи 1 через (+) шину коммутатора, транзистор 4 и резистор 5, через замкнутые контакты прерывателя-распределителя 3 поступают на (-) клемму аккумуляторной батареи 1. Интегрирующий конденсатор 17 заряженный до величины напряжения ограничителя входного импульса, начинают разряжаться через резистор 19 и переход база эмиттер транзистора 21 и резистор 22. Диод 20 препятствует разрядно конденсатора 17 через резистор 18. По мере разряжения конденсатора 17 транзистор 21 запирается. Триггер Шмитта переключается из состояния "1" в состояние "0". Логический элемент 27 переключается в состояние "1", а логический элемент 28 в состояние "0". Логический элемент 29 втекающего тока переключается из состояния "1" в состояние "0". Транзисторы 31, 31 открываются и через первичную обмотку катушки 2 зажигания протекает ток от (+) клеммы аккумуляторной батареи 1, транзистор 31, (-) шину коммутатора к (-) клемме аккумуляторной батареи 1. Первичная обмотка катушки 2 зажигания, входя в нанесение по току, запасает индуктивную энергию.

Ток протекает от выхода с транзистора 11, через резистор 8, диод 7, светодиод 6, замкнутый контакт прерывателя-распределителя 3, вызывая свечение светодиода 6 и давая информацию об электрически замкнутом состоянии контакта прерывателя-распределителя 3.

При размыкании контактов прерывателя-распределителя 3 ток от (+) клеммы аккумуляторной батареи 1 через (+) шину коммутатора, транзистор 4, резисторы 5, 16 и стабилитрон 15 поступает через (-) шину коммутатора на (-) клемму аккумуляторной батареи 1. Интегрирующий конденсатор 17 начинает заряжаться по цепочке: выход ограничителя напряжения входного импульса (общая точка b), диод 20, резистор 18, конденсатор 17, (-) клемма аккумуляторной батареи. По мере заряда конденсатора 17 транзистор 21 открывается. Триггер Шмитта переключается из состояния "0" в состояние "1". Логический элемент 27 переключается в состояние "0", а логический элемент 28 в состояние "1". Логический элемент 29 втекающего тока переключается из состояния "0" в состояние. Транзистора 30, 31 переключается в режим отсечки. Ток в первичный обмотке катушки зажигания 2 начинает уменьшаться с определенной скоростью и в первичной обмотке катушки 2 зажигания формируется импульса высокого напряжения с определенной скоростью нарастаниия, который трансформируется катушкой 2 зажигания во вторичную обмотку (в высоковольтный импульс).

При размыкании контактов прерывателя-распределителя 3 светодиод 6 прекращает светиться, т. е. ток через цепочку световой индикации не протекает. Светодиод 6 и диод 7 заперты высоким потенциалом аккумуляторной батареи 1.

Источник тока 4, 5 задает через контакты-прерывателя-распределителя 3 ток (подбором резистора 5), создавая условия электрически гарантированного контакта при механическом замыкании контактов прерывателя-распределителя 3 и их минимального износа (происходит процесс электрического самоочищения поверхностей контактов).

Ограничитель напряжения 15, 16 обеспечивает постоянное напряжение на выходе для стабилизации параметров интегрирующей цепочки (т.е. время заряда и разряда интегрирующей емкости 17), тем самым исключается влияние напряжения аккумуляторной батареи 1 (бортовой сети) на выходные параметры импульса. Интегрирующая цепочка необходима для интегрирования слада и фронта входного импульса и совместно с триггером Шмитта, исключает ложное срабатывание входного каскада А, обеспечивая электрические параметры импульса на его выходе, независящие от напряжения аккумуляторной батареи 1, температуры окружающей среды (применен термостабильный конденсатор 17), частоты вращения коленчатого вала и технического состояния контактов прерывателя-распределителя 3 и самого распределителя. Согласование конденсатора 17 интегрирующей цепочки 18, 19, 20 с триггером Шмитта, параметры которого задаются его резисторами 25, 26, осуществляется через эмиттерный повторитель 21, 22.

Цепочка световой индикации 6 8 позволяет при необходимости контролировать работу контактов прерывателя-распределителя 3 и первоначальный угол опережения зажигания двигателя, корректируя его при необходимости.

Такое выполнение выходного каскада позволяет на транзисторе 31 иметь минимальное напряжение насыщения, т.е. минимальные потери, а следовательно, максимальную передачу электрической энергии в катушку 2 зажигания, и подключать к любой низкоомной или высокоомной катушке зажигания при использовании типовых транзисторов.

Логические элементы 27, 28 "обостряют" фронт и спад импульса. Подборки резистора 32 выставляют минимальное напряжение насыщения транзистора 31 при замкнутых контактах прерывателя-распределителя 3.

Ограничение уровня высокого напряжения в первичной обмотке катушки 2 зажигания определяется резистором 33 и применяемая стабилитроном 34.

При изменении напряжения аккумуляторной батареи 1 (бортовой сети) параметрический стабилизатор 9-14 (уровень его напряжения питания определяется параметрами стабилитрона 9) обеспечивает постоянное напряжение входного каскада А, цепочки световой индикации 6 8 и логических элементов 23, 24, 27, 28, 29.

Использование предлагаемой системы зажигания позволяет:
за счет обеспечения возможности создания условий для полного сгорания топлива в ДВС значительно уменьшить его расход. Так при использовании системы на автомобиле "Москвич-2141" с уфимским двигателем (пробег 8000 км, загрузка выше номинальной) на трассе в 1000 км при скорости 100 км/ч расход топлива составил 6,4 л на 100 км;
использовать различные марки бензина и их смеси;
обеспечивать нормальную работу двигателя внутреннего сгорания с оптимальным углом опережения зажигания;
резко снижать выброс вредных веществ отработавших газов в атмосферу;
работать в нормальном режиме двигателе при температурах свыше 30^oC (ввиду высокой скорости нарастания высоковольтного импульса начало горения смеси происходит ускоренно). Так, на автомобиле марки РАФ при полной загрузке даже в самую жаркую погоду перегрев не наблюдался, хотя до установки системы летом всегда происходил постоянный перегрев двигателя;
нормально работать двигателю при его неустановившихся режимах;
осуществлять "легкий" запуск двигателя при любых условиях;
устранять проблему свечей зажигания и высоковольтных проводов, что объясняется большой скоростью нарастания высоковольтного импульса, при которой "утечки" напряжения не влияет на качество искры (можно продолжать эксплуатировать "старые" высоковольтные провода и свечи с увеличенным зазором);
исключить необходимость регулировки системы (износ контактов - минимальный в силу работы входного каскада коммутатора);
увеличить срок эксплуатации моторного масла, вследствие чего значительно увеличивается моторесурс двигателя (в силу полного сгорания топлива количество отработанных веществ в камере сгорания уменьшается, уменьшается и количество отработавших веществ в масляной системе);
работать двигателю в оптимальном режиме при различных климатических условиях;
использовать как низкоомные, так и высокоомные катушки зажигания.

Предлагаемая электронная система зажигания, при которой создаются условия для полного сгорания смеси, позволяет использовать систему не только на транспортных средствах, но и на силовых установках с ДВС (карбюраторные, инжекторные, роторно-поршневые).

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств и силовых установок с двигателями внутреннего сгорания, в частности к системам зажигания горючей смеси. Электронная система зажигания содержит аккумуляторную батарею, катушку зажигания, электромеханический прерыватель и электронный коммутатор, состоящий из трех каскадов. В системе может быть использована высокоомная или низкоомная катушка зажигания. 1 ил.

Электронная система зажигания, содержащая аккумуляторную батарею, первый вывод которой соединен с общей шиной, второй с входом стабилизатора напряжения, с первым входом питания электронного коммутатора и с первым выводом первичной обмотки катушки зажигания, второй вывод которой соединен с выходом электронного коммутатора, и прерыватель, отличающаяся тем, что прерыватель выполнен электромеханическим и в систему введены цепочка световой индикации и генератор тока, первый вывод которого соединен с вторым выводом аккумуляторной батареи, второй с первым выводом цепочки световой индикации, с первым выводом прерывателя, второй вывод которого подключен к общей шине, и с входом электронного коммутатора, второй вход питания которого соединен с выходом стабилизатора и с вторым выводом цепочки световой индикации, при этом электронный коммутатор состоит из ограничителя напряжения входного импульса, вход которого соединен с входом электронного коммутатора, выход через последовательно соединенные резистивно-емкостную цепь, эммитерный повторитель, триггер Шмитта с входом выходного каскада электронного коммутатора, вход которого через формирователь втекающего тока соединен с выходным формирователем, выполненным на комплементарных биполярных транзисторах с ненасыщающимся моющим транзистором, коллектор которого соединен с демпфирующей цепью и с выходом электронного коммутатора.