УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F02P3/00 

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

Известна электронная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая однотактный транзисторный преобразователь, подсоединенный между первой и второй шинами питания, трансформатор которого содержит обмотку обратной связи, соединенную одним выводом с базой транзистора, а другое - со средней точкой резистивного делителя, включенного между шинами питания, силовую обмотку, включенную между первой шиной питания и эмиттером транзистора, коллектор которого соединен с второй шиной питания, и выходную обмотку, выводы которой присоединены через выпрямитель к накопительному конденсатору, соединенному одной обкладкой с первым выводом первичной обмотки катушки зажигания, другой обкладкой - с точкой соединения катода выпрямителя с анодом тиристора, катод которого соединен с вторым выводом первичной обмотки катушки зажигания и с первой шиной питания, параллельно переходу база-коллектор транзистора однотактного преобразователя подсоединены последовательно включенные конденсатор и стабилитрон, к точке соединения которых подсоединен катод диода, анод которого соединен с эмиттером транзистора преобразователя, формирователь напряжения, вход которого подсоединен к первому контакту прерывателя, соединенному через резистор с первой шиной питания, второй контакт прерывателя соединен с второй шиной питания, а выход формирователя напряжения подсоединен к управляющему электроду тиристора, при этом введены последовательно включенные между эмиттером транзистора и первым контактом прерывателя резистор и диод, катод которого подсоединен к входу формирователя напряжения, а параллельно контактам прерывателя подсоединен стабилитрон, катод которого соединен с второй шиной питания, при этом формирователь напряжения образован первой последовательной цепью из диода и резистора, включенной между шинами питания, причем анод диода подсоединен к первой шине питания, и второй последовательной цепью из резистора, первый вывод которого подсоединен к первой шине питания, а второй через диод - к точке соединения катода диода и резистора первой цепи, с которой соединен выход формирователя напряжения, причем точка соединения анода диода и второго вывода резистора второй цепи подсоединена через конденсатор к входу формирователя напряжения (авт.св. N1372092, кл. F 02 P 3/04, 1988).

Известно также устройство электронного зажигания, содержащее преобразователь напряжения, который включает первый и второй входы и первый выход, катушку зажигания, которая включает первичную обмотку, первая клемма которой соединена с первым входом преобразователя, и вторичную обмотку, первая клемма которой является выходом устройства.

Электронный ключ и блок управления ключом, каждый из которых имеет по три входа, источник электропитания, плюсовая клемма которого соединена с первым входом преобразователя напряжения, минусовая клемма которого соединена с вторым входом и первыми входами соответственно преобразователя напряжения, электронного ключа и блока управления ключом, при этом введены второй выход преобразователя напряжения, который соединен с вторым входом электронного ключа, переключатель, первая и вторая выходные клеммы которого соединены соответственно с плюсовой и минусовой клеммами источника электропитания, входная клемма которого соединена с второй клеммой первичной обмотки катушки зажигания, второй вход блока управления ключом соединен с плюсовой клеммой источника питания, а третий его вход соединен с третьим входом электронного ключа, причем первичная и вторичная обмотки катушки зажигания соединены последовательно (авт.св. N1838664, кл. F 02 P 3/04, 1993).

Недостатками этого устройства электронного зажигания являются малая длительность и энергия искрового разряда, которые не могут быть увеличены при данной схемной реализации, в частности при наличии в схеме только накопительного конденсатора и катушки зажигания определяющие значения длительности и энергии искрового разряда, при этом ухудшается работа двигателя при переобогащенной рабочей смеси, при низких температурах и особенно при запуске холодного двигателя, при степени сжатия в цилиндрах двигателя свыше 9 и обедненной горючей смеси, вследствие чего повышается расход топлива и токсичность отработавших газов, ухудшается приемственность и уменьшается мощность двигателя.

Достаточно большие выбросы тока через элементы преобразователя напряжения, в частности при формировании импульса обратного хода блокинг-генератора, определяющего энергию заряда накопительного конденсатора, через стабилитрон протекает большой суммарный ток за счет электродвигающей силы самоиндукции первичной обмотки и электродвижущей силы взаимоиндукции обмотки обратной связи трансформатора преобразователя напряжения, в результате увеличивается нагревание стабилитрона и преждевременный выход из строя.

Задачей предложенного изобретения является увеличение длительности и энергии искрового разряда и уменьшение выброса тока через элементы преобразователя напряжения.

Указанная задача достигается тем, что в устройство электронного зажигания, содержащее преобразователь напряжения, который включает первый и второй входы и первый выход, катушку зажигания, которая включает первичную обмотку и вторичную обмотку, первая клемма которой является выходом устройства, электронный ключ и блок управления ключом, источник электропитания, плюсовая клемма которого соединена с первым входом преобразователя напряжения, минусовая клемма которого соединена с вторым входом преобразователя напряжения и первыми входами электронного ключа и блока управления ключом, второй выход преобразователя напряжения соединен с вторым входом электронного ключа, второй вход блока управления ключом соединен с плюсовой клеммой источника электропитания, а третий его вход соединен с третьим входом электронного ключа, введены блок формирования двойной искры, первый вход которого соединен со второй клеммой первичной обмотки катушки зажигания и плюсовой клеммой источника электропитания, второй вход которого соединен с первой клеммой первичной области катушки зажигания, первый и второй выходы блока формирования двойной искры соединены с первым и вторым выходами преобразователя напряжения соответственно, последовательная цепь, вход которой соединен с первым входом преобразователя напряжения, а первый и второй выходы которой соединены с третьим и четвертым входами преобразователя напряжения, кроме того, вторая клемма вторичной обмотки катушки зажигания соединена с плюсовой клеммой источника электропитания, а вход устройства соединен с четвертым входом блока управления ключом.

Проведенный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство электронного зажигания отличается тем, что введены блок формирования двойной искры и последовательная цепь, обеспечивающие увеличение длительности и энергии искрового разряда за счет разряда накопительного конденсатора и тока, протекающего через первичную обмотку катушки зажигания на первом искровом промежутке и формирования второго искрового промежутка за счет разрядного тока катушки зажигания через накопительный конденсатор, обеспечивающий дополнительное накопление заряда на накопительном конденсаторе для последующего первого искрового промежутка, а также уменьшение выбросов тока через элементы схемы преобразователя напряжения.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема устройства, на фиг.3 - эпюры напряжений в различных точках А, Б, В, Г, Д схемы.

Устройство электронного зажигания содержит преобразователь напряжения 1, выполненный в составе блокинг-генератора 2, выпрямителя 3 и накопительного конденсатора 4, причем первый 1а вход преобразователя напряжения 1 соединен с плюсовой клеммой 5 источника электропитания (не показан), второй вход 4а соединен с минусовой клеммой 6 источника электропитания (не показан), последовательную цепь 7, вход 1б которой соединен с первым входом 1а преобразователя напряжения 1 и плюсовой клеммой 5 источника электропитания (не показан), а также первый 2б и второй 3б выходы соединены с третьим 6а и четвертым 5а входами преобразователя напряжения 1, блок формирования двойной искры 8, первый 1в и второй 2в входы которого соединены с второй и первой клеммами первичной обмотки 9 катушки зажигания 10 соответственно, а первый 4в и второй 3в выходы соединены с первым 2а и вторым 3а выходами преобразователя напряжения 1, причем вторая клемма вторичной обмотки 11 катушки зажигания 10 соединена с плюсовой клеммой 5 источника электропитания (не показан), а ее первая клемма соединена с высоковольтным проводом 12 от распределителя зажигания (не показан), электронный ключ 13, первый 3г вход которого соединен с минусовой клеммой 6 источника электропитания (не показан), второй вход 1г которого соединен с выходами 3а и 3в преобразователя напряжения 1 и блока формирования двойной искры 8 соответственно, третий вход 2г которого соединен с третьим 4д входом блока управления ключом 14, первый 3д и второй 1д входы которого соединены с минусовой клеммой 6 и плюсовой клеммой 5 источника электропитания (не показан) соответственно, а четвертый 2д вход которого соединен с входом 15 устройства, к которому присоединяются контакты прерывателя (не показаны) или датчики момента искрообразования (не показаны).

В описании изобретения приводится вариант реализации устройства на транзисторах типа КТ890 А и КТ818Г, при условии, что блок управления ключом 14 формирует импульс заданной длительности в зависимости от числа оборотов двигателя при каждом размыкании контактов прерывателя или датчика момента искрообразования.

Пример конкретного выполнения устройства иллюстрируется схемой на фиг.2, при этом вход 15 является входом устройства, к которому присоединяются контакты прерывателя (не показаны) или датчики момента искрообразования (не показаны) и второй вход 2д блока управления ключом 14, первый 3д и второй 1д входы которого соединены с минусовой 6 и плюсовой 5 клеммами источника электропитания (не показан), а третий его вход 4д соединен с базой транзистора электронного ключа 13, эмиттер которого соединен с минусовой 6 клеммой источника электропитания (не показан), а коллектор с катодом выпрямителя 3 и накопительным конденсатором 4 преобразователя напряжения 1 и катодом диода 16 блока формирования двойной искры 8, при этом анод выпрямителя 3 соединен с началом вторичной обмотки 17 трансформатора 18 блокинг-генератора 2, а второй вывод накопительного конденсатора 4 соединен с концом вторичной обмотки 17, трансформатора 18 с катодом тиристора 19, анодом диода 20, одним из выводов конденсатора 21 блока формирования двойной искры 8, причем начало первичной обмотки 22 трансформатора 18 соединено с эмиттером транзистора 23, анодом диода 24 блокинг-генератора 2 и с анодом диода 25 последовательной цепи 7, а конец первичной обмотки 22 трансформатора 18, который является первым входом 1а преобразователя напряжения 1, соединен с плюсовой клеммой 5 источника электропитания (не показан), с анодом диода 26 блокинг-генератора 2 и катодом диода 27 и резистором 28, последовательной цепи 7, при этом катод диода 25 и резистора 28 последовательной цепи 7 соединены последовательно, кроме того, начало обмотки обратной связи 29 трансформатора 18 соединено с базой транзистора 23 и выводом конденсатора 30, а конец обмотки обратной связи 29 соединен с катодом диода 26 и резисторами 31 и 32 блокинг-генератора 2, при этом второй вывод резистора 32 соединен с минусовой 6 клеммой источника электропитания (не показан), а второй вывод резистора 31 соединен с анодом диода 27 последовательной цепи 7, кроме того, коллектор транзистора 23 блокинг-генератора 2 соединен с минусовой клеммой 6 источника электропитания (не показан), а катод диода 24 соединен с катодом стабилитрона 33 и вторым выводом конденсатора 30, при этом анод стабилитрона 33 соединен с минусовой 6 клеммой источника электропитания (не показан), анод диода 16 соединен с анодом тиристора 19 формирования двойной искры 8 и первой клеммой первичной обмотки 9 катушки зажигания 10, а катод диода 20 и второй вывод конденсатора 21 блока формирования двойной искры 8 соединены со вторыми клеммами первичной 9 и вторичной 11 обмотки катушки зажигания 10 и с полосовой клеммой источника электропитания (не показан), причем управляющий электрод тиристора 19 блока формирования двойной искры 8 соединен с последовательно включенными резисторами 34 и конденсатором 35, а первая клемма вторичной 11 обмотки катушки зажигания 10 соединена высоковольтным проводом от распределителя зажигания (не показан).

Устройство работает следующим образом.

После включения источника электропитания (выключатель не показан) блокинг-генератора 2 самовозбуждается и начинает генерировать импульсы с частотой, примерно равной 3 кГц, которые с помощью трансформатора 18 наводят во вторичной обмотке 17 переменное напряжение, которое выпрямляется диодом 3 и пульсирующее напряжение диаграмма Г на фиг.3, заряжает накопительный конденсатор 4.

Напряжение на накопительном конденсаторе 4 является выходным напряжением преобразователя напряжения 1.

По мере заряда накопительного конденсатора 4 амплитуда обратных импульсов на обмотке обратной связи 29 трансформатора 18 растет, диаграмма В на фиг. 3, и когда амплитуда этих импульсов достигнет напряжения стабилизации стабилитрона 33, начинает заряжаться и конденсатор 30.

При спаде импульса обратного хода блокинг-генератора 2 заряженный конденсатор 30 через диод 24 включается между базой и эмиттером транзистора 23, задерживая запуск блокинг-генератора 2.

При заряженном накопительном конденсаторе 4 частота генерируемых импульсов блокинг-генератора 2 снижается в 5 - 10 раз, при этом снижается и потребляемый схемой ток, уменьшается нагревание транзистора 23.

Для сокращения времени восстановления между выводами первичной обмотки 22 трансформатора 18 включена последовательная цепь 7, обеспечивающая замыкание тока намагничивания через диод 25 и резистор 28 при формировании импульса обратного хода, при этом уменьшается ток через диод 24 и стабилитрон 33, уменьшается нагревание стабилитрона 33.

Напряжение на накопительном конденсаторе 4 достигает своего максимального значения, примерно 350-400 В, в зависимости от уровня напряжения стабилизации стабилитрона 33 и коэффициента трансформации трансформатора 18. Максимальная амплитуда обратных импульсов на обмотке обратной связи 29 является разностью между напряжением стабилизации стабилитрона 33 и напряжением питания от источника электропитания (не показан) и растет с уменьшением последнего, т.е. схема стабилизации перекомпенсирована.

В таком состоянии схема преобразователя напряжения 1 может находиться достаточно долго.

При размыкании контактов прерывателя (не показаны) или датчика момента искрообразования (не показан), подключенных к входу 15 устройства, диаграмма А на фиг.3, блок управления ключом 14 формирует на третьем входе 4д импульс положительной полярности заданной длительности, диаграмма Б на фиг.3, который прикладывается к базе электронного ключа 13, его транзистор открывается и создается цепь для разряда накопительного конденсатора 4: положительная обкладка накопительного конденсатора 4, коллектор-эмиттер электронного ключа 13, минусовая 6 клемма источника электропитания, источник электропитания (не показан), плюсовая клемма 5 источника электропитания, первичная 9 обмотка катушки зажигания 10, анод - катод тиристора 19, отрицательная обкладка накопительного конденсатора 4, но чтобы тиристор 19 открылся, на его управляющий электрод через ограничительный резистор 34 и разделительный конденсатор 35 прикладывается положительное напряжение от накопительного конденсатора 4 через открытый электронный ключ 13 и корпус устройства, при этом во вторичной обмотке 11 катушки зажигания 10 индуцируется высоковольтный импульс, который через высоковольтный провод 12 прикладывается к распределителю зажигания (не показан), причем после разряда накопительного конденсатора 4 на первичную 9 обмотку катушки зажигания 10 тиристор 19 запирается, а от плюсовой 5 клеммы источника электропитания (не показан) начинает протекать ток через первичную обмотку 9 катушки зажигания 10, диод 16, открытый тиристор электронного ключа 13 на минусовую 6 клемму источника электропитания (не показан), формируя таким образом первый искровый промежуток Δτ₁, диаграмма Д на фиг. 3, длительность которого определяется длительностью импульса τ_и на выходе 4д блока управления ключом 14.

После окончания импульса τ_и на третьем входе 4д блока управления ключом 14 устанавливается низкий уровень напряжения, который запирает электронный ключ 13, через первичную 9 обмотку катушки зажигания 10, резко прекращается протекание тока, начинается формирование второго искрового промежутка Δτ₂,, при этом за счет энергии, запасенной в первичной 9 обмотке катушки зажигания 10 за время первого искрового промежутка Δτ₁, начинает протекать ток разряда от первой клеммы первичной 9 обмотки катушки зажигания 10, через диод 16, накопительный конденсатор 4, параллельно включенные диод 20 и конденсатор 21, вторая клемма первичной 9 обмотки катушки зажигания 10.

Во вторичной 11 обмотке катушки зажигания 10 индуцируется высоковольтный импульс другой полярности, диаграмма Д на фиг.3, причем накопительный конденсатор 4 дополнительно заряжается от тока разряда катушки зажигания 10, уменьшая тем самым время заряда от преобразователя напряжения 1.

Длительность второго искрового промежутка Δτ₂ определяется сопротивлением первичной 9 обмотки катушки зажигания 10 и емкостью накопительного конденсатора 4, причем с увеличением сопротивления первичной 9 обмотки катушки зажигания 10 длительность Δτ₂ уменьшается. Общая длительность искрового разряда Δτ_p равна сумме первого Δτ₁ и Δτ₂ второго искрового промежутка:
Δτ_p= Δτ₁+Δτ₂,
Одновременно с окончанием импульса τ_и начинает заряжаться накопительный конденсатор 4 от преобразователя напряжения 1.

При замыкании контактов прерывателя (не показаны) или датчика момента искрообразования (не показан) блок управления ключом 14 своего состояния не изменяет и на его третьем входе 4д будет низкий уровень напряжения. Далее процесс повторяется.

В данном устройстве, как и в прототипе, применима любая катушка зажигания с низко- и высоковольтной первичной обмоткой.

По результатам испытаний следует, что устройство электронного зажигания обеспечивает длительность искрового разряда 1,5 - 5,5 мс в зависимости от числа оборотов двигателя автомобиля, типа катушки зажигания (Б-114, Б-115, Б-117, Б-116, 27.3705) напряжения бортовой сети, которое может изменяться от 6 до 18 В, температуры окружающей среды от -45 до +85^oC, при этом энергия искрового разряда достигает значений не менее 25 МДж.

Приведенные преимущества изобретения были выявлены по результатам, полученным при испытаниях на предприятии.

Образцы предложенного устройства прошли испытания на автомобилях марки ВАЗ, Волга, Москвич и др. с различными датчиками момента искрообразования и показали положительные результаты.

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к системам зажигания горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания. Увеличение длительности и энергии искрового разряда и уменьшение выброса тока через элементы преобразователя напряжения достигается тем, что в устройство электронного зажигания, которое содержит преобразователь напряжения, катушку зажигания, электронный ключ, блок управления ключом, источник электропитания, введены блок формирования двойной искры, первый вход которого соединен с одной клеммой первичной обмотки катушки зажигания и плюсовой клеммой источника электропитания, а второй вход соединен с другой клеммой первичной обмотки катушки зажигания. Причем первый и второй выходы блока формирования двойной искры соединены с выходами преобразователя напряжения, устройство снабжено последовательной цепью, соединенной с преобразователем напряжения, а вторичная обмотка катушки зажигания соединена с плюсовой клеммой источника электропитания. 3 ил.

Устройство электронного зажигания, содержащее преобразователь напряжения, который включает первый и второй входы и первый выход, катушку зажигания, которая включает первичную обмотку и вторичную обмотку, первая клемма которой является выходом устройства, электронный ключ и блок управления ключом, источник электропитания, плюсовая клемма которого соединена с первым входом преобразователя напряжения, а минусовая клемма - с вторым входом преобразователя напряжения и первыми входами электронного ключа и блока управления ключом, второй выход преобразователя напряжения соединен с вторым входом электронного ключа, второй вход блока управления ключом - с плюсовой клеммой источника электропитания, а третий вход - с третьим входом электронного ключа, отличающееся тем, что в него введены блок формирования двойной искры, первый вход которого соединен с второй клеммой первичной обмотки катушки зажигания и плюсовой клеммой источника электропитания, второй вход которого соединен с первой клеммой первичной обмоткой катушки зажигания, первый и второй выходы блока формирования двойной искры соединены с первым и вторым выходами преобразователя напряжения соответственно, последовательная цепь, вход которой соединен с первым входом преобразователя напряжения, а первый и второй выходы - с третьим и четвертым входами преобразователя напряжения, кроме того, вторая клемма вторичной обмотки катушки зажигания соединена с плюсовой клеммой источника электропитания, а вход устройства соединен с четвертым входом блока управления ключом.