ЭЛЕКТРОННЫЙ ОКТАН-КОРРЕКТОР Российский патент 1998 года по МПК F02P5/145 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к электронным системам зажигания, и может быть использовано преимущественно в электрооборудовании двигателей внутреннего сгорания.

Известен электронный октан-корректор, содержащий потенциометр управления, блок антидребезга, вход которого является входом устройства, выход блока антидребезга соединен с узлом запуска, выход которого соединен с входом первого мультивибратора, формирующего заданную временную задержку, выход которого соединен с выходом второго мультивибратора, формирующего выходные импульсы, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого является выходом устройства (Корректор угла опережения зажигания, Радио, 1988, N 5, с. 17 - 18).

Известен электронный октан-корректор, содержащий потенциометр управления, блок антидребезга, вход которого является входом электронного октан-корректора, выход блока антидребезга соединен с первым входом формирователя временного интервала, прямой выход которого соединен с входом формирователя выходных импульсов, выход которого соединен с входом усилителя мощности, выход которого является выходом электронного октан-корректора, при этом введены времязадающий блок и интегратор, выход которого подсоединен к входу времязадающего блока, выход которого соединен с вторым входом формирователя временного интервала, инверсный выход которого через потенциометр управления соединен с инверсным входом интегратора (Авт. св. N 1693277, кл. F 02 P 5/145, 1991).

Недостатками этого устройства являются: ограниченные возможности его применения из-за наличия только одного входа, который не обеспечивает подключения электронного октан-корректора к другим датчикам момента искрообразования, которыми оборудованы различные марки автомобилей, в частности автомобили марки ВАЗ, ВОЛГА, МОСКВИЧ, ЗАЗ и другие.

Другим отрицательным моментом является недостаточно высокая стабильность выходных параметров, в частности точность отслеживания заданного начального угла опережения зажигания при изменении температуры окружающей среды в достаточно широких пределах, из-за наличия нескольких времязадающих элементов, в частности конденсаторов, подверженных температурной нестабильности и непосредственно самого формирователя временного интервала.

Задачей изобретения является расширение возможности применения устройства и повышение стабильности его выходных параметров.

Указанная задача достигается тем, что в электронный октан-корректор, содержащий потенциометр управления, блок антидребезга, вход которого является входом электронного октан-корректора, усилитель мощности, выход которого является выходом электронного октан-корректора, введены инвертор, вход которого является вторым входом электронного октан-корректора, формирующий каскад, вход которого является третьим входом электронного октан-корректора, выход которого является входом инвертора, причем выход инвертора соединен с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом блока антидребезга, а выход схемы совпадения соединен с первым входом блока формирования временной задержки, второй вход которого соединен с потенциометром управления, третий вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, вход которого соединен с плюсовой шиной питания и с вторым входом блока антидребезга, а выход блока формирования временной задержки является первым выходом электронного октан-корректора и входом усилителя мощности, выход которого является вторым выходом электронного октан-корректора.

Проведенный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый электронный октан-корректор отличается тем, что в него введены дополнительно еще два входа устройства, а именно инвертор, формирующий каскад и схема совпадения, обеспечивающие подключение к электронному октан-корректору бесконтактных датчиков момента искрообразования, которыми оборудуются различные марки автомобилей, что позволяет расширить возможности его применения и блок формирования временной задержки, позволяющей обеспечить достаточно высокую стабильность выходных параметров, в частности регулировать начальный угол опережения зажигания в достаточно широких пределах, в больших интервалах изменения температуры окружающей среды и напряжения питания, поддерживая при этом установленное значение начального угла опережения зажигания с достаточно высокой степенью точности за счет схемной реализации блока формирования временной задержки и стабилизации напряжения питания.

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

Электронный октан-корректор содержит первый вход 1 для подключения механических контактов прерывателя (не показаны), блок 2 антидребезга, вход которого является первым входом 1 устройства, схему 3 совпадения, инвертор 4, причем первый вход схемы 3 совпадения соединен с выходом блока 2 антидребезга, а второй вход схемы 3 совпадения соединен с выходом инвертора 4, вход которого является вторым входом 5 устройства для подключения бесконтактного датчика - датчика Холла (не показан), формирующий каскад 6, вход которого является третьим входом 7 устройства для подключения датчика магнитоэлектрической системы (не показан), выход которого соединен с вторым входом инвертора 4, блок 8 формирования временной задержки, вход которого соединен с выходом схемы 3 совпадения, второй вход которого соединен с потенциометром управления 9, выход которого соединен с первым выходом 10 устройства и с входом усилителя мощности 11, выход которого является вторым выходом 12 устройства, стабилизатор 13 напряжения, вход которого соединен с выводом 15 плюсовой шины питания и с вторым входом блока 2 антидребезга, причем выход стабилизатора 13 напряжения соединен с блоком 8 формирования временной задержки и с третьим выходом 14 устройства для подачи стабилизированного напряжения на датчики, вывод 16 - минусовая шина питания.

В описании изобретения приводится вариант реализации устройства на одной микросхеме типа К561ЛЕ5А и трех транзисторах типа КТ315, КТ361 и КТ817.

Пример конкретного выполнения устройства иллюстрируются на фиг. 2.

Устройство характеризуется следующими связями: вход блока антидребезга контактов прерывателя является первым входом 1 устройства, к которому подсоединяются механические контакты прерывателя (не показаны) и через резистор 17 вывод 15 плюсовой шины питания, а через разделительный конденсатор 18 анод диода 19, резисторы 20 и 21, причем последовательно с резистором 20 соединен диод 22, а к катоду диода 19 подсоединены резистор 23, конденсатор 24 и выход блока 2 антидребезга, который соединен с вторым входом элемента 25 2 ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения, а первый вход элемента 25 2ИЛИ-НЕ через дифференцирующую цепь, состоящую из конденсатора 26 и резистора 27, соединены с выходом элемента 28 2ИЛИ-НЕ инвертора 4, вход которого соединен с вторым входом 5 устройства, а через резистор 29 с выходом параметрического стабилизатора 13, причем выход коллектора транзистора 30 формирующего каскада 6 соединен также с входом инвертора 40, параллельно которому подсоединен конденсатор 31, а база транзистора 30 соединена катодом диода 32 и через делитель на резисторах 33 и 34 с третьим входом 7 устройства, причем эмиттер транзистора 30 и анод диода 32 соединены с минусовой шиной питания вывода 16, при этом выход элемента 25 2ИЛИ-НЕ является выходом схемы 3 совпадения, соединен с входом блока 8 формирования временной задержки, причем вход блока 8 формирования временной задержки соединен с интегрирующей цепью, состоящей из диода 35, резистора 36 и конденсатора 37, выход которой соединен с вторым входом элемента 38 2ИЛИ-НЕ и с дифференцирующей цепью, состоящей из конденсатора 39, диодов 40, 41, 42 резисторов 43 и 44, выход которой соединен с входом инвертора 45, через резистор 46 с коллектором транзистора 47, эмиттер которого соединен с выходом параметрического стабилизатора 13 и с третьим выходом 14 устройства, а база транзистора 47 через последовательно соединенные резистор 48, потенциометр управления 9 с минусовой шиной питания вывода 16, а через накопительный конденсатор 49, резисторы 50 и 51 и диод 52 с выходом инвертора 45, причем выход инвертора 45 является выходом блока 8 формирования временной задержки, который соединен с первым входом элемента 38 2ИЛИ-НЕ, выходом 10 устройства и с усилителем мощности 11, выход которого соединен с вторым выходом 12 устройства, при этом на элементы 25, 28, 38 и 45 схемы (не показано) прикладывается стабилизированное напряжение U_ст от параметрического стабилизатора 13 напряжения, состоящего из резистора 523, стабилитрона 54 и конденсатора 55, причем стабилитрон 54 соединен с выводом 15 плюсовой шины питания через резистор 53.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что к первому входу 1 устройства подсоединены механические контакты прерывателя, а ко второму входу 5 и к третьему входу 7 устройства датчики не подключены, тогда база транзистора 30 формирующего каскада 6 через резисторы 33 и 34 соединена с выводом 16 минусовой шиной питания, транзистор 30 закрыт, на входе элемента 28 2ИЛИ-НЕ инвертора 4 будет высокий уровень напряжения, снимаемый с выхода параметрического стабилизатора 13 напряжения через резистор 29, а на выходе элемента 28 2ИЛИ-НЕ, который является выходом инвертора 4, будет низкий уровень напряжения, которое через разделительную цепь, состоящую из конденсатора 26 и резистора 27 прикладывается на первый вход элемента 25 2ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения.

Низкий уровень напряжения по первому входу элемента 25 2ИЛИ-НЕ будет постоянным, если ко второму входу 5 или третьему входу 7 устройства датчики не подсоединены.

При замыкании контактов прерывателя (не показаны) на первом входе 1 устройства будет низкий уровень напряжений, диаграмма A на фиг.3, резистор 17 ограничивает ток от вывода 15 плюсовой шины питания через замкнутые контакты прерывателя (не показаны), разделительный конденсатор 18 блока 2 антидребезга разряжается через замкнутые контакты прерывателя (не показаны), диод 22 и резистор 20, конденсатор 24 разряжен через резистор 23 и на втором входе элемента 25 2ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения установится низкий уровень напряжения.

На выходе элемента 25 2ИЛИ-НЕ, который является также выходом схемы 3 совпадения, установится высокий уровень напряжения, диаграмма Б на фиг.3, которое через диод 35 блока 8 формирования временной задержки зарядит конденсатор 37, а на втором входе элемента 38 2ИЛИ-НЕ установится высокий уровень напряжения.

Высокий уровень напряжения с выхода схемы 3 совпадения зарядит также конденсатор 39 через диоды 40 и 41, диаграмма В на фиг.3. Транзистор 47 открыт, его коллекторный ток протекает через резисторы 46, 44, диоды 42, 40, 41, создает на резисторе 44 высокий уровень напряжения, диаграмма Г на фиг. 3, которое прикладывается к входу инвертора 45, и на его выходе установится низкий уровень напряжения. Накопительный конденсатор 49 начинает заряжаться базовым током транзистора 17 через резистор 50 и открытый выход инвертора 45.

Величина тока заряда накопительного конденсатора 49 ограничивается резистором 48 и регулируется потенциометром управления 9. На выходе блока 8 формирования временной задержки, диаграмма Д на фиг. 3, низкий уровень напряжения, которое прикладывается к первому входу элемента 38 2ИЛИ-НЕ, а на ее втором входе ранее был установлен высокий уровень напряжения, в результате на выходе элемента 38 2ИЛИ-НЕ установится низкий уровень напряжения, диаграмма Е на фиг. 3, которое является выходным напряжением блока 8 формирования временной задержки и одновременно выходным напряжением первого выхода 10 устройства. Низкий уровень напряжения с выхода блока 8 формирования временной задержки будет приложен и ко входу усилителя мощности 11, на выходе которого будет высокий уровень напряжения, которое прикладывается ко второму выходу 12 устройства, диаграмма Ж на фиг.3.

При размыкании контактов прерывателя (не показаны) разделительный конденсатор 18 блока 2 антидребезга начинает заряжаться от источника напряжения, подключенного к выводу 15 плюсовой шины питания через резистор 17, резистор 21 и параллельно подключенной к нему интегрирующей цепи в составе диода 19 резистора 23 и конденсатора 24. Емкость конденсатора 18 значительно больше емкости конденсатора 24, поэтому конденсатор 24 быстро заряжается, и на входе блока 2 антидребезга устанавливается высокий уровень напряжения, которое прикладывается к второму входу элемента 25 2ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения. На выходе элемента 25 2ИЛИ-НЕ устанавливается низкий уровень напряжения, конденсатор 37 быстро разряжается через резистор 36, создавая небольшую задержку момента перехода высокого уровня напряжения в низкий уровень напряжения ко второму входу элемента 38 2ИЛИ-НЕ.

Конденсатор 39 начинает разряжаться через открытый выход элемента 25 2ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения, резисторы 43, 44 и диод 42 блока 8 формирования временной задержки, создавая на резисторе 43, диаграмма Г на фиг. 3, и на входе инвертора 45 низкий уровень напряжения. На выходе инвертора 45 устанавливается высокий уровень напряжения, диаграмма Д на фиг. 3, которое прикладывается на первый вход элемента 38 2ИЛИ-НЕ и через диод 52, резистора 51, накопительный конденсатор 49 на базу транзистора 47.

Транзистор 47 закрывается, его коллекторный ток прекращается, на резисторе 43 резко падает уровень напряжения, поддерживая тем самым низкий уровень напряжения на входе инвертора 45. С момента t₁, на фиг. 3 появления высокого уровня напряжения на выходе инвертора 45 начинается процесс формирования времени задержки τ_з блоком 8 формирования временной задержки.

Накопительный конденсатор 49, заряженный до заданного потенциала, начинает перезаряжаться током, протекающим с выхода инвертора 45 через диод 52, резистор 51, накопительный конденсатор 49, резистор 48 и потенциометр управления 9.

С течением времени суммарное напряжение на участке база - эмиттер транзистора 47 уменьшается за счет уменьшения потенциала на накопительном конденсаторе 49 и при достижении уровня отпирания транзистора 47 он откроется, потечет коллекторный ток через резисторы 46, 43, 44, диоды 42, 40, 41. На резисторах 43 и 44, диаграмма Г на фиг. 3, установится высокий уровень напряжения, которое прикладывается на вход инвертора 45.

На выходе инвертора 45 установится низкий уровень напряжения, диаграмма Д на фиг. 3, которое прикладывается на первый вход элемента 38 2ИЛИ-НЕ.

Базовый ток транзистора 47 начинает снова заряжать накопительный конденсатор 49 через резистор 50 и открытый выход инвертора 45. Дальнейший процесс повторяется.

В результате взаимодействия сигналов по первому и второму входам элемента 38 2ИЛИ-НЕ на его выходе будет сформирован высокий уровень напряжения в момент t₂, диаграмма Е на фиг.3, которое прикладывается на первый выход устройства и на вход усилителя мощности 11. На выходе усилителя мощности 11 установится низкий уровень напряжения, диаграмма Ж на фиг. 3, которое прикладывается на второй выход 12 устройства.

В зависимости от конкретной схемы электронной системы зажигания можно не использовать первый 10 или второй 12 выход устройства. Время t₁, от начала разряда накопительного конденсатора 49 до времени t₂ начала его заряда составляет время задержки τ_з выходного импульса устройства относительного его входного.

При изменении числа оборотов двигателя будет изменяться время заряда и разряда накопительного конденсатора 49, будет изменяться и время задержки τ_з , причем обратно пропорционально числу оборотов двигателя.

Начальный угол опережения зажигания ϕ_з связан с временем задержки τ_з и числом оборотов двигателя n формулой
ϕ_з= 6τ_з•n,
где
ϕ_з - начальный угол опережения зажигания, град.;
τ_з - время задержки, с;
n - число оборотов двигателя в минуту, об/мин.

При подсоединении ко второму входу 5 устройства датчика Холла (не показаны) первый вход 1 и третий вход 7 устройства от датчиков отсоединены, работа устройства отличается от выше рассмотренного варианта только тем, что выходные импульсы прямоугольной формы от датчика Холла инвертируются с помощью инвертора 4 и через конденсатор 26 схемы 3 совпадения прикладываются на первый вход элемента 25 2ИЛИ-НЕ. Время задержки будет формироваться не по фронту выходного импульса, а по спаду. Кроме того, датчик Холла требует стабилизированного напряжения, которое в данном устройстве подается от параметрического стабилизатора 13 напряжения через третий выход 14 устройства.

При подсоединении к третьему входу 7 устройства датчика магнитоэлектрической системы (не показан) первый вход 1 и второй вход 5 устройства от датчиков отсоединены, работа устройства отличается от вышерассмотренного варианта только тем, что выходные импульсы от датчика магнитоэлектрической системы дополнительно инвертируются и усиливаются формирующим каскадом 6 и через инвертор 4 прикладываются на первый вход элемента 25 2ИЛИ-НЕ схемы 3 совпадения. Дальнейшие физические процессы аналогичны первому варианту.

По результатам испытаний следует, что электронный октан-корректор может изменять начальный угол опережения зажигания 0 - 36^o при температуре окружающей среды (-45) - (+85)^oC и при изменении напряжения питания от 7 до 16 В, поддерживая установленное значение начального угла опережения зажигания с точностью до ± 10% при изменении напряжения питания от 7 до 9 В и до ± 5% при изменении напряжения от 9 до 16В.

Образцы предложенного устройства прошли испытания совместно с блоком электронного зажигания, разработанным предприятием-заявителем, на автомобилях марки ВАЗ, ВОЛГА, МОСКВИЧ и др. с различными датчиками момента искрообразования и показали положительные результаты.

Изобретение относится к электрооборудованию двигателей внутреннего сгорания и предназначено для использования в электронных системах зажигания. Расширение возможностей применения устройства и повышение стабильности его выходных параметров достигается тем, что в электронный октан-корректор, содержащий потенциометр управления, блок антидребезга, вход которого является входом электронного октан-корректора, усилитель мощности, выход которого является выходом электронного октан-корректора, введены инвертор, вход которого является вторым входом электронного октан-корректора, формирующий каскад, вход которого является третьим входом электронного октан-корректора, выход которого является входом инвертора, причем выход инвертора соединен с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом блока антидребезга, а выход схемы совпадения соединен с первым входом блока формирования временной задержки, второй вход которого соединен с потенциометром управления, третий вход которого соединен с выходом стабилизатора напряжения, вход которого соединен с плюсовой шиной питания и со вторым входом блока антидребезга, а выход блока формирования временной задержки является первым выходом электронного октан-корректора и входом усилителя мощности, выход которого является вторым выходом электронного октан-корректора. 3 ил.

Электронный октан-корректор, содержащий потенциометр управления, блок антидребезга, вход которого является входом октан-корректора, услитель мощности, выход которого является выходом октан-корректора, отличающийся тем, что в него введены инвертор, вход которого является вторым входом октан-корректора, формирующий каскад, вход которого является третьим входом октан-корректора, выход которого является входом инвертора, причем выход инвертора соединен с первым входом схемы совпадения, вторй вход которой соединен с выходом блока антидребезга, а выход схемы совпадения соединен с первым входом блока формирования временной задержки, второй вход которого соединен с потенциометром управления, а третий вход - с выходом стабилизатора напряжения, вход которого соединен с плюсовой шиной питания и с вторым входом блока антидребезка, а выход блока формирования временной задержки является первым выходом октан-корректора и входом усилителя мощности, выход которого явялется вторым выходом октан-корректора.