БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F02P3/04 F02P5/145 

Бесконтактная система зажигания относится к области электронных устройств автоматики и может найти широкое применение в изделиях ракетно-космической техники для запуска двигательных установок, а также в автотранспортных средствах для надежного воспламенения горючих смесей.

Широко известны системы зажигания с использованием механического прерывателя, контактно-транзисторные схемы и бесконтактные системы, описание которых приведены в книге Н.М.Ильина и др. "Электрооборудование автомобилей", издательство "Транспорт", 1982 г. Известна электронная система зажигания по авторскому свидетельству N 1684536, кл. E 02 P 3/04, 1989 г., содержащая накопительный конденсатор, зарядный блок, электронный ключ, катушку зажигания, формирователь. К недостаткам указанных систем можно отнести наличие малонадежных устройств, например, электромеханический прерыватель-распределитель высокого напряжения, а также большое количество переходных контактов при коммутации высокого напряжения.

Прототипом предлагаемой системой зажигания является бесконтактная система зажигания по патенту 592373, кл. F 02 P 5/08, СССР, которая содержит свечи зажигания, бесконтактный датчик, катушку зажигания, транзисторный коммутатор (ключевой элемент), управляющий током в первичной обмотке катушки зажигания, логическую схему для получения цифрового сигнала, изменяющуюся в зависимости от параметров двигателя, компаратор, управляющий работой транзисторного коммутатора, на который подаются цифровые сигналы и импульсы от бесконтактного датчика.

Анализ схемы прототипа показывает, что указанные системы зажигания, в том числе и современные электронные системы зажигания, обладают большой конструктивной сложностью и низкой надежностью из-за того, что распределение высокого напряжения проводится электромеханическими устройствами с большим количеством переходных контактов.

Разработка и внедрение в практику электронных систем зажигания с бесконтактным распределением высокого напряжения позволит значительно повысить надежность систем зажигания и упростить их конструкции.

Задачей изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции систем зажигания.

Поставленная задача решается тем, что, в бесконтактную систему зажигания, состоящую из свечей зажигания, бесконтактного датчика, который через транзисторный коммутатор подключен к общему выводу катушки зажигания, в отличие от прототипа введены оптоэлектронные пары, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу бесконтактного датчика, выходы регистра сдвига через светодиоды оптоэлектронных пар и резисторы подключены к минусу источника питания, первые выводы выходных элементов оптоэлектронных пар соединены между собой и подключены к выходу катушки зажигания, вторые выводы выходных элементов подключены соответственно к центральным выводам свечей зажигания.

Таким образом, использование регистра сдвига, оптоэлектронных пар и резисторов, обладающих высокой надежностью и ресурсом работы вместо электромеханического распределителя, позволит в значительной степени и повысить надежность и упростить конструкцию систем зажигания. Распределение высоковольтных импульсов, получаемых с катушки зажигания, осуществляется бесконтактным способом с помощью регистра сдвига и оптоэлектронных пар. Использование современных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем взамен электромеханического прерывателя-распределителя обеспечивает высокую надежность схемы и значительно упрощает конструкцию.

Кроме этого предлагаемая система зажигания обладает повышенным ресурсом работы и низкой себестоимостью.

Один из вариантов принципиальной электрической схемы предлагаемой системы зажигания для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания приведен на чертеже и состоит:
1 - бесконтактный датчик;
2 - транзисторный коммутатор;
3 - катушка зажигания;
4 - регистр сдвига входных сигналов (c1 - вход, Q₀ - Q₃ - выходы);
5 - 8 - оптоэлектронные пары, состоящие из входных элементов (светодиодов) выходных элементов (фоторегистров, транзисторов, тиристоров) в схеме чертежа использованы фоторезисторы;
9 - 12 - резисторы R1-R4, задающие ток через светодиоды оптоэлектронных пар;
13 - 16 - свечи зажигания CB1 - CB4.

Выход бесконтактного датчика 1 подключен ко входу транзисторного коммутатора 2, выход которого подключен к общему выводу катушки зажигания 3. Выходы регистра сдвига Q₀-Q₃ управляют светодиодами оптоэлектронных пар, через резисторы R1-R4. Первые выводы фоторезисторов подключены к выходу катушки зажигания 3, а вторые выводы фоторезисторов подключены соответственно к центральным выводам свечей зажигания CB1-CB4.

На чертеже представлен один из вариантов предлагаемой системы зажигания, в частности, для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. В исходном состоянии транзисторный коммутатор 2 включен и катушка зажигания 3 находится под током. При формировании импульса от бесконтактного датчика 1 он поступает на вход транзисторного коммутатора 2 и регистра сдвига 4. Затем этот импульс поступает на первый выход регистра Q₀ и далее включает светодиод и фоторезистор 5. После этого через время задержки t_зад, которое создается при выключении мощных транзисторов и равно 40 - 80 мкс, первичная обмотка катушки зажигания 3 обесточивается и на вторичной обмотке катушки зажигания образуется импульс высокого напряжения, величина которого составляет ≈ 20 кВ. Из этого необходимо сделать вывод:
К моменту образования высоковольтного напряжения фоторезисторы оптоэлектронных пар открыты, следовательно, они не коммутируют высокое напряжение, а пропускают низкую мощность порядка 10 - 20 мВт. Далее высоковольтный импульс напряжения с катушки зажигания 3 через открытый фоторезистор 5 поступает на свечу зажигания и поджигает горючую смесь в камере сгорания. Очередной импульс от бесконтактного датчика поступает на выход регистра сдвига Q₁ и включает оптопару 6, дальше процесс повторяется, и импульс последовательно поступает на свечи CB1 - CB3 - CB4 - CB2 (13-16), что соответствует работе двигателя.

Основное отличие предлагаемой системы зажигания заключается в том, что в ней распределение импульсов высокого напряжения осуществляется с помощью полупроводниковых приборов, надежность и срок службы которых на два, а то и на три порядка превышает электромеханические распределители напряжения. Таким образом, предлагаемая система обладает более высокой надежностью и простой конструкцией.

В настоящее время изготовлены макетные образцы системы зажигания. Испытания образцов в лабораторных условиях показали высокую надежность и эффективность предлагаемой системы. За счет того, что стоимость применяемых электрорадиоизделий значительно ниже комплектующих, используемых при изготовлении электромеханических приборов, стоимость одного предлагаемого изделия по сравнению с аналогичными системами уменьшена на 80,0 руб. При выпуске в год 10000 изделий, экономический эффект составит 800000 рублей в год.

Система зажигания относится к области электронных устройств автоматики и может найти широкое применение в изделиях ракетно-космической техники и в любых автотранспортных средствах, где необходим надежный поджиг горючих смесей в широком диапазоне окружающих температур. Система содержит свечи зажигания, бесконтактный датчик, который через транзисторный коммутатор подключен к общему выводу катушки зажигания. Причем в систему введены оптоэлектронные пары, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу бесконтактного датчика, выходы регистра сдвига через светодиоды оптоэлектронных пар и резисторы подключены к минусу источника питания, первые выводы выходных элементов оптоэлектронных пар соединены между собой и подключены к выходу катушки зажигания, вторые выводы выходных элементов оптоэлектронных пар подключены соответственно к центральным выводам свечей зажигания. Изобретение обеспечивает распределение импульса высокого напряжения с помощью полупроводниковых приборов, надежность и срок службы которых значительно превышает электрические распределители напряжения, поэтому предлагаемая система обладает более высокой надежностью и простой конструкцией. 1 ил.

Бесконтактная система зажигания, состоящая из свечей зажигания, бесконтактного датчика, который через транзисторный коммутатор подключен к общему выводу катушки зажигания, отличающаяся тем, что в нее введены оптоэлектронные пары, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу бесконтактного датчика, выходы регистра сдвига через светодиоды оптоэлектронных пар и резисторы подключены к минусу источника питания, первые выводы выходных элементов оптоэлектронных пар соединены между собой и подключены к выходу катушки зажигания, вторые выводы выходных элементов оптоэлектронных пар подключены соответственно к центральным выводам свечей зажигания.