СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F02P3/05 

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей, в частности к устройствам системы зажигания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известно устройство [1, 2] классической электронной системы зажигания. Эти системы обладают существенным недостатком: отсутствует регулирование тока разрыва при изменении питающего напряжения; кроме того, как показывают расчеты, напряжение аккумуляторной батареи выбрано с большим запасом для того, чтобы обеспечить необходимое напряжение для искрообразования при пуске ДВС. Этот запас приводит к повышенному износу свечей зажигания и снижению надежности за счет более высоких, чем необходимо, напряжений и токов после того, как двигатель запущен. В электронных системах зажигания приходится идти даже на ограничение тока силового транзистора [3].

Известны также устройства [4, 5] с регулированием времени накопления энергии в катушке системы зажигания, а также микропроцессорные системы [6], которые позволяют осуществить необходимый закон регулирования, запасенной в катушке, но эти системы, учитывающие большое число факторов, влияющих на пробивное напряжение, тем не менее обладают высокой сложностью, необходимостью применения большего числа датчиков и, следовательно, более низкой надежностью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [7], представляющее собой однотактный стабилизированный преобразователь напряжения электронной системы зажигания, содержащий дроссель-трансформатор (катушку индуктивности), силовой ключ, накопительный конденсатор, диод и преобразователь напряжения, катушку зажигания и фильтр.

Недостатком данной схемы является то, что она представляет собой стабилизатор направления, в то время как необходимое изменять выходное напряжение по определенному закону от скорости вращения коленчатого вала ДВС, температуры, скорости открывания дроссельной заслонки. Это приводит к более высоким, чем необходимо, напряжениям и токам в системе зажигания, что ведет к снижению надежности элементов и системы в целом.

Изобретение направлено на повышение надежности работы системы зажигания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что преобразователь напряжения дополнительно содержит пропорционально-импульсный регулятор, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, вход - со вторым выводом катушки индуктивности, а второй вывод - с минусом источника питания, при этом в систему дополнительно введены датчик тока разрыва, коммутатор, делитель напряжения, схема смещения уровня, первый и второй пиковые детекторы, схема усилителя-вычитателя, причем один вывод датчика тока разрыва связан с минусом источника, а второй - с выводом коммутатора и через схему смещения уровня - с входом первого пикового детектора, вывод которого подключен к инвертирующему входу усилителя-вычитателя, второй вывод коммутатора связан с первичной обмоткой катушки зажигания и через делитель напряжения и схему смещения уровня - с входом второго пикового детектора, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя-вычитателя, выход которого через фильтр соединен с управляющим входом пропорционально-импульсного регулятора напряжения, второй вывод первичной обмотки катушки замыкания связан с первым выводом накопительного конденсатора и вторым выводом катушки индуктивности, а также с одним из входов управления пропорционально-импульсного регулятора; второй вывод делителя напряжения схемы смещения уровня, накопительного конденсатора и анод диода связаны с минусом источника питания. Выход пропорционально-импульсного регулятора соединен с управляющим входом силового ключа, один из его силовых входов и третий вывод схемы смещения уровня связаны с плюсом источника питания, а второй силовой выход - с катодом диода и первым выводом катушки индуктивности.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная система зажигания отличается введением в схему новых элементов и функциональных узлов: датчика тока разрыва, коммутатором, схемой смещения уровня, делителем напряжения, первым и вторым пиковыми детекторами, усилителем-вычитателем; а также связаны между ранее применявшимися и вновь введенными элементами. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

Способность заявляемой системы зажигания изменять напряжение на первичной цепи в зависимости от режима работы ДВС и обеспечить на всех режимах требуемый коэффициент запаса вторичного напряжения позволяет снизить до необходимых для устойчивого искрообразования пределов напряжения на первичной цепи катушки зажигания и коммутатора. Это приводит к повышению надежности системы зажигания, поскольку элементы цепи, работающие при повышенных напряжениях, оказываются в облегченных условиях работы. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Система зажигания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания состоит из пропорционально-импульсного регулятора 1, силового ключа 2, диода 3, катушки индуктивности 4, накопительного конденсатора 5, катушки зажигания 6, коммутатора 7, датчика 8 тока разрыва, делителя 9 напряжения, схемы 10 смещения уровня, первого пикового детектора 12, второго пикового детектора 11, усилителя-вычитателя 13, фильтра 14.

Выход пропорционально-импульсного регулятора 1 соединен с управляющим входом силового ключа 2, один из его силовых входов связан с плюсом источника питания, а второй - с катодом диода 3 и выводом катушки индуктивности 4, второй вывод катушки индуктивности 4 соединен с накопительным конденсатором 5 и входом пропорционально-импульсного регулятора 1 и вторым выводом первичной обмотки катушки зажигания 6, второй вывод накопительного конденсатора 5 и анод диода 3 соединен с минусом источника питания. Один вывод датчика 8 тока разрыва связан с минусом источника питания, а второй - с выводом коммутатора 7 и через схему 10 смещения уровня - с входом первого пикового детектора 12, выход которого подключен к инвертирующему входу усилителя-вычитателя 13. Второй вывод коммутатора 7 связан с первым выводом первичной цепи обмотки катушки зажигания 6 и через делитель 9 напряжения и схему 10 смещения уровня - с входом второго пикового детектора 11, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя-вычитателя 13, выход которого через фильтр 14 соединен с управляющим входом пропорционально-импульсного регулятора 1. Второй вывод делителя 9 напряжения связан с минусом источника питания, а третий вывод схемы 10 смещения уровня соединен с полюсом источника питания.

Устройство работает следующим образом.

Известно [1, 6], что аккумуляторная батарея имеет напряжение, которого с избытком хватает для получения искры с энергией, необходимой для поджига топливно-воздушной смеси на всех режимах работы. Отметим, что, как показывают исследования, эта энергия избыточна во всех режимах, кроме режима пуска ДВС. По этой причине во всех режимах работы ДВС, за исключением пуска, возможно снизить вторичное напряжение без ущерба бесперебойности искрообразования. Это позволит работать системе зажигания при пониженных уровнях напряжений и токов наибольшую часть времени эксплуатации и, следовательно, повысить надежность работы ее элементов.

Питание первичной цепи катушки зажигания 6 системы зажигания осуществляется с выхода понижающего преобразователя напряжения, состоящего из пропорционально-импульсного регулятора 1, силового ключа 2, диода 3, катушки индуктивности 4 и накопительного конденсатора 5. Роль опорного напряжения преобразователя, пропорционально которому поддерживается напряжение на катушке зажигания 6, выполняет напряжение на выходе фильтра 14.

Напряжение, пропорциональное току разрыва, формируется датчиком 8 тока разрыва, схемой 10 смещения уровня и первым пиковым детектором 12. Это напряжение может быть представлено в виде
U₁₂=U_см.у+AI_р=U_см.у+B•U₂, (1)
где U_см.у - напряжение смещения уровня;
A и B - коэффициенты пропорциональности;
I_р - ток разрыва;
U₂ - вторичное напряжение.

Эта запись имеет место, поскольку для любой системы зажигания с индуктивным накопителем вторичное напряжение прямо пропорционально току разрыва [6].

Наибольшее напряжение в месте соединения коммутатора 7 и первичной обмотки катушки зажигания 6 определяется ЭДС самоиндукции после прерывания тока в цепи и прямо пропорционально пробивному напряжению (с учетом коэффициента трансформации катушки зажигания 6). Это напряжение уменьшается до необходимой величины с помощью делителя 9 напряжения и выделяется с помощью схемы 10 смещения уровня и второго пикового детектора 11. Следовательно, напряжение на выходе второго пикового детектора 11 может быть записано в виде
U₁₁=U_см.у+CU_пр, (2)
где U_пр - пробивное напряжение межэлектродного промежутка свечи зажигания;
C - коэффициент, определенный коэффициентом трансформации катушки зажигания 6 и коэффициентом деления делителя 9 напряжения.

С помощью усилителя-вычитателя 13 выделяется напряжение, пропорциональное разности (U₁₁-U₁₂):

где D - коэффициент, зависящий от коэффициента усиления усилителя-вычитателя и коэффициента деления C.

Это напряжение фильтруется фильтром 14 и поступает на вход пропорционально-импульсного регулятора 1, где, складываясь с дополнительным напряжением (например, напряжением стабилизации стабилитрона), обеспечивает некоторый закон регулирования напряжения на первичной цепи катушки зажигания 6. При этом закон регулирования может быть записан в виде

где константа F выполняет роль коэффициента запаса [6].

Отметим, что в данной системе коэффициент запаса может быть существенно ниже, чем в прочих системах зажигания, поскольку предлагаемое устройство представляет собой следующую систему автоматического регулирования.

Если пробивное напряжение U_пр в силу каких-либо причин возрастает, то напряжение U₁₁ также увеличивается, но поскольку разность (U₁₁-U₁₂) поддерживается постоянной, то возрастет опорное напряжение на выходе фильтра 14, что вызовет увеличение напряжения питания первичной цепи катушки зажигания 6, что в свою очередь вызывает увеличение тока разрыва, напряжения на датчике 8 тока разрыва и, соответственно, напряжения U₁₂ так, чтобы разница (U₁₁-U₁₂) оставалась постоянной. При увеличении тока разрыва возрастает и вторичное напряжение. Схема построена таким образом, что за счет выбора коэффициента A, B, C и D вторичное напряжение всегда выше пробивного.

Однако отношение U₂/U_пр меньше примерно в 1,5 раза, чем в "стандартных" системах зажигания, что позволяет повысить надежность работы за счет снижения тока разрыва и уровня рабочих напряжений в системе зажигания.

Источники информации
1. Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей. - М.: Транспорт, 1996.

2. Авт. св. СССР N 960459, МПК F 02 P 3/06, 1982.

3. Патент РФ N 2003824 С1, МПК F 02 P 3/04, 1993.

4. Авт. св. СССР N 1721282 А1, МПК F 02 P 3/04, 1992.

5. Патент РФ N 2002974 С1, МПК F 02 P 3/04, 1993.

6. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей.

7. Авт. св. СССР N 1835464 А1, МПК F 02 P 3/06, 1998 (прототип).

Изобретение относится к электрооборудованию автомобилей и позволяет повысить надежность работы системы зажигания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания путем снижения тока разрыва и уровня рабочих напряжений. Система зажигания содержит пропорционально-импульсный регулятор, силовой ключ, диод, катушку индуктивности, катушку зажигания, накопительный конденсатор, датчик тока разрыва, коммутатор, делитель напряжения, схему смещения уровня, первый и второй пиковые детекторы, схему усилителя-вычитателя и фильтр. Указаны связи между элементами системы. 1 ил.

Система зажигания карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, содержащая преобразователь напряжения, силовой ключ, диод, катушку индуктивности, накопительный конденсатор, катушку зажигания, фильтр, при этом один из силовых входов силового ключа связан с плюсом источника питания, а второй - с катодом диода и катушкой индуктивности, второй вывод катушки индуктивности связан с накопительным конденсатором, вторые выводы диода и накопительного конденсатора связаны с минусом источника питания, отличающаяся тем, что преобразователь напряжения дополнительно содержит пропорционально-импульсный регулятор, выход которого соединен с управляющим входом силового ключа, вход - со вторым выводом катушки индуктивности, а второй вывод - с минусом источника питания, при этом система дополнительно снабжена датчиком тока разрыва, коммутатором, делителем напряжения, схемой смещения уровня, первым и вторым пиковыми детекторами, схемой усилителя-вычитателя, причем один вывод датчика тока разрыва связан с минусом источника, а второй - с выводом коммутатора и через схему смещения уровня - с входом первого пикового детектора, выход которого подключен к инвертирующему входу усилителя-вычислителя, второй вывод коммутатора связан с первичной обмоткой катушки зажигания и через делитель напряжения и схему смещения уровня - с входом второго пикового детектора, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя-вычитателя, выход которого через фильтр соединен с управляющим входом пропорционально-импульсного регулятора, второй вывод первичной обмотки катушки зажигания связан с первым выводом накопительного конденсатора и вторым выводом катушки индуктивности, второй вывод делителя напряжения связан с минусом источника питания, третий вывод схемы смещения уровня соединен с плюсом источника питания.