ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ДЛЯ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ЭКОНОМАЙЗЕРОМ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ХОЛОСТОГО ХОДА АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2001 года по МПК F02M3/45 F02D17/04 

Изобретение относится к электронной схеме, которая может быть использована в блоке управления экономайзером принудительного холостого хода (БУ ЭПХХ) автомобиля, а также в других устройствах, где требуется сравнение частот.

Известны БУ ЭПХХ 1402.3733, 1412.3733, 1422.3733 и 1432.3733, выпускаемые Московским заводом автотракторного электрооборудования АТЭ 1, каждый из которых содержит 45 элементов, в том числе 24 резистора, 4 из которых прецизионные, 5 конденсаторов, 1 из которых термостабильный, 10 диодов и 6 транзисторов.

Известен БУ ЭПХХ 25.3761, выпускаемый Калужским ОАО "Автоэлектроника", который содержит 2 гибридные интегральные схемы и 20 дискретных элементов, в том числе 6 резисторов, 1 из которых прецизионный, 2 конденсатора, 1 из которых термостабильный, 6 диодов и 6 транзисторов.

Известен БУ ЭПХХ 50.3761, выпускаемый Калужским ОАО "Автоэлектроника", который содержит 2 гибридные интегральные схемы и 29 дискретных элементов, в том числе 10 резисторов, 1 из которых прецизионный, 2 конденсатора, 1 из которых термостабильный, 9 диодов и 8 транзисторов. [1]
Но данные устройства не могут быть выбраны в качестве аналогов, т.к. в них используется преобразование частоты входных импульсов в напряжение и сравнение полученного напряжения с опорным, а в заявляемом устройстве сравнивается непосредственно частота входных импульсов с частотой импульсов, пропорциональной частоте импульсов задающего генератора, т.е. используется не аналоговый метод сравнения, для которого необходимо преобразование, а цифровой.

Таким образом, заявляемое устройство не имеет общих существенных признаков с известными устройствами.

Недостатками всех этих устройств является то, что они выполнены на дискретных элементах, в лучшем случае с применением гибридных схем, и различаются способами схемотехнической реализации для различных типов двигателей и карбюраторных систем. Для задания требуемой точности определения частот включения и отключения экономайзера во всем диапазоне рабочих условий в устройствах применяются дорогостоящие прецизионные резисторы и термостабильные конденсаторы. Также к недостаткам устройств относится то, что они требуют индивидуальной настройки на частоты включения и отключения, что приводит к существенному увеличению их стоимости.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении универсальности БУ ЭПХХ, т.е. возможности работы с любыми типами двигателей и карбюраторных систем; в повышении точности задания и определения частот включения и отключения экономайзера; снижении стоимости БУ ЭПХХ за счет исключения его настройки, существенного уменьшения числа комплектующих и исключения прецизионных резисторов и термостабильного конденсатора; повышении надежности системы.

Устройство можно изготавливать в интегральном исполнении с использованием существующих технологий производства интегральных микросхем.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит генератор, делитель, шестиразрядный счетчик, блок сравнения частот включения и отключения, блок управляющей логики, элемент задержки, интерфейсный блок кодирования частот включения и отключения, входной каскад, одновибратор, блок включения выхода, выходной каскад, блок защиты, блок начальной установки, источник опорных напряжений и шестнадцать выводов, причем первый вход генератора соединен с шестым выводом, а второй вход соединен с седьмым выводом, а выход соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с первым входом шестиразрядного счетчика; шесть выходов шестиразрядного счетчика поразрядно соединены с шестью входами блока сравнения частот включения и отключения; двенадцать входов блока сравнения частот включения и отключения поразрядно соединены с двенадцатью выходами интерфейсного блока кодирования частот включения и отключения, шесть входов которого поразрядно соединены с девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым и четырнадцатым выводами, а девятнадцатый вход блока сравнения частот включения и отключения соединен с первым выходом блока управляющей логики, а выход блока сравнения частот включения и отключения соединен с первым входом блока управляющей логики, второй вход которого соединен с выходом блока включения выхода, вход которого соединен с восьмым выводом, а второй выход блока управляющей логики соединен одновременно с входом элемента задержки и первым входом выходного каскада, выход которого соединен с первым выводом; выход элемента задержки соединен с первым входом блока защиты, второй вход которого соединен с пятым выводом, а третий вход соединен с третьим выводом, а выход соединен одновременно с третьим входом блока управляющей логики и вторым входом выходного каскада; вход входного каскада соединен с вторым выводом, а выход соединен с первым входом одновибратора, выход которого соединен одновременно с вторым входом делителя, вторым входом шестиразрядного счетчика и четвертым входом блока управляющей логики; выход блока начальной установки соединен одновременно с третьим входом делителя, третьим входом шестиразрядного счетчика, пятым входом блока управляющей логики и вторым входом одновибратора; вход источника опорных напряжений соединен одновременно с шестнадцатым выводом и четвертым входом блока защиты, а выход соединен с пятнадцатым выводом и образует шину опорных напряжений; четвертый вывод образует общую шину.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства. Устройство изображено в предпочтительном моноблочном варианте, например, как интегральная схема, и содержит шестнадцать выводов (с 1 до 16 включительно), через которые оно подключено к БУ ЭПХХ, источник опорных напряжений 17, блок начальной установки 18, генератор 19, входной каскад 20, интерфейсный блок кодирования частот включения и отключения 21, одновибратор 22, делитель 23, шестиразрядный счетчик 24, блок сравнения частот включения и отключения 25, блок управляющей логики 26, блок включения выхода 27, выходной каскад 28, блок защиты 29 и элемент задержки 30. Эти элементы соединены между собой, как показано на фиг. 1. Источник опорных напряжений и блок защиты питаются от внешнего источника питания (не показан), от которого подается напряжение на выводы 16 и 4. Все остальные блоки питаются от источника опорных напряжений.

Работоспособность устройства при ее использовании в БУ ЭПХХ обеспечивается подключением внешних элементов, как показано на фиг. 2.

Для блока опорных напряжений 17 выводы 16 и 4 предусматривают подключение внешней цепи (фиг. 2), которая защищает устройство по выводу 16 от импульсов перенапряжения, при этом резистор R1, конденсатор C1 и стабилитрон VD2 защищают устройство от импульсов положительной полярности, а диод VD1 - от импульсов отрицательной полярности.

Для генератора 19 выводы 6 и 7 предусматривают подключение внешней цепи (фиг. 2), задающей частоту генерации, определяемую кварцевым резонатором ZQ1. Конденсатор C2 обеспечивает надежный запуск генератора на основной частоте генерации во всем диапазоне рабочих температур (-45^oC - 90^oC).

Для входного каскада 20 вывод 2 предусматривает подключение внешней цепи, состоящей из резистивного делителя на резисторах R2 и R3 (фиг. 2), уменьшающей размах высоковольтных входных импульсов с первичной обмотки катушки зажигания (коммутатора) до безопасных значений напряжения для данного вывода.

Для выходного каскада 28 вывод 1 и для блока защиты 29 выводы 3 и 5 предусматривают подключение внешней цепи, изображенной на фиг. 2. Ключевой p-n-p транзистор VT1 осуществляет управление клапаном. Резистор R4 задает ток в базу транзистора VT1. Резистор R5 служит для надежного закрывания транзистора VT1, когда выход устройства (вывод 1) закрыт, а также ускоряет процесс закрытия транзистора. Диод VD3 защищает транзистор VT1 от индуктивных перенапряжений, возникающих при отключении клапана. Резистор R6 ограничивает ток блока защиты 29 (вывод 3) при перенапряжениях. Резистор R7 задает уровень срабатывания защиты.

Для блока включения выхода 27 вывод 8 предусматривает подключение внешней цепи либо как изображено на фиг. 2, либо вывод 8 подключается к выводу 4 устройства ("масса").

Выводы 9, 11 и 13 предназначены для кодирования частоты включения; выводы 10, 12 и 14 предназначены для кодирования частоты отключения и могут быть подключены к общему проводу, к выводу 15 или остаться неподключенными. В соответствии с подключением каждого из этих выводов кодируется частота включения и частота отключения экономайзера.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент (при подаче питания на устройство), сигналом с блока начальной установки 18 одновибратор 22, делитель 23 и шестиразрядный счетчик 24 устанавливаются в исходное состояние; на выходе блока управляющей логики 26, соединенным с выходным каскадом 28 и элементом задержки 30, устанавливается низкий потенциал, и на выходе выходного каскада (вывод 1) устанавливается низкий потенциал.

С генератора 19 тактовые импульсы частотой 32768 Гц поступают на делитель 23. С делителя поделенные импульсы подаются на шестиразрядный счетчик 24.

Входные импульсы поступают на входной каскад 20, который формирует прямоугольные импульсы, поступающие далее на одновибратор 22.

Блок сравнения частот включения и отключения 25 сравнивает код на выходе счетчика 24 с кодом, заданным выводами кодирования частот 9-14. Т.к. частота отключения выше, чем частота включения, то очевидно, что код, соответствующий частоте отключения, будет набираться счетчиком 24 раньше, чем код, соответствующий частоте включения.

По фронту импульса с входного каскада 20 одновибратор 22 вырабатывает короткий импульс, по которому синхронизируется делитель 23 и сбрасывается счетчик 24. С этого момента начинается контроль частоты входного сигнала.

Если частота входных импульсов меньше частоты отключения, но больше частоты включения, то счетчик 24 успевает набрать код, соответствующий частоте отключения. Как только код счетчика 24 станет равным коду, соответствующему частоте отключения, сработает блок сравнения частот включения и отключения 25. Приход фронта очередного входного импульса не изменит состояния выхода блока управляющей логики 26, соединенного с выходным каскадом 28 и элементом задержки 30, и на выходе выходного каскада 28 (вывод 1) сохранится низкий потенциал.

Если частота входных импульсов больше частоты отключения, то счетчик 24 не успевает набрать код, соответствующий частоте отключения, блок сравнения частот включения и отключения 25 не сработает. С приходом фронта очередного входного импульса на выходе блока управляющей логики 26, соединенном с выходным каскадом 28 и элементом задержки 30, установится высокий потенциал, который на выходе выходного каскада 28 (вывод 1) установит высокий потенциал.

Такое состояние выхода будет продолжаться до тех пор, пока частота входных импульсов не станет меньше частоты включения. Тогда счетчик 24 набирает код, соответствующий частоте отключения и успевает набрать код, соответствующий частоте включения. С приходом фронта очередного входного импульса на выходе блока управляющей логики 26, соединенном с выходным каскадом 28 и элементом задержки 30, установится низкий потенциал, который на выходе выходного каскада 28 (вывод 1) установит низкий потенциал.

Таким образом, для определения частоты входных импульсов устройству требуется интервал времени между двумя входными импульсами.

Выходной каскад 28 управляет мощным p-n-p транзистором VT1, коллекторный ток которого управляет клапаном (см. фиг. 2). При коротком замыкании коллектора этого транзистора на "массу" транзистор, если он находился в режиме насыщения, переходит в активный режим. Напряжения коллектор-эмиттер U_кэ транзистора увеличивается и потенциал на выводе 3 устройства уменьшается. Когда потенциал на выводе 3 устройства становится меньше, чем опорное напряжение, задаваемое резистором R7, подключенным к выводу 5 устройства (см. фиг. 2), срабатывает блок защиты 29. Блок защиты 29 воздействует на выходной каскад 28, который закрывает транзистор VT1, и на блок управляющей логики 26, который по спаду входного импульса выключает выходной каскад 28 и через элемент задержки 30 выключает блок защиты 29.

С приходом фронта очередного входного импульса транзистор VT1 открывается сигналом с выходного каскада 28 и через элемент задержки 30 включается блок защиты 29. Время задержки составляет порядка 5 мкс. За это время транзистор VT1 не может выйти из строя, если его коллектор замкнут на "массу", и с другой стороны, он успевает войти в режим насыщения, если короткого замыкания нет.

Если после включения блока защиты 29 короткое замыкание коллектора транзистора VT1 сохраняется, то к этому времени потенциал на выводе 3 устройства ниже, чем опорное напряжение, задаваемое резистором R7, подключенным к выводу 5 устройства, и снова срабатывает блок защиты 29. Блок защиты 29 воздействует на выходной каскад 28, который закрывает транзистор VT1, и на блок управляющей логики 26, который по спаду входного импульса выключает выходной каскад 28 и через элемент задержки 30 выключает блок защиты 29.

Если после включения блока защиты 29 короткого замыкания коллектора транзистора VT1 нет, то транзистор находится в режиме насыщения и остается в этом режиме до тех пор, пока частота входных импульсов с коммутатора не превысит частоту отключения или снова не произойдет короткое замыкание коллектора этого транзистора на "массу".

Если вход блока включения выхода 27 (вывод 8) соединен с выводом 4 устройства ("масса"), то состояние выхода выходного каскада 28 (вывод 1) определяется частотой входного сигнала, а если вход блока включения выхода 27 (вывод 8) не подключен, то на выходе выходного каскада 28 (вывод 1) устанавливается низкий потенциал независимо от частоты входного сигнала.

Как видно из фиг. 2, при изготовлении устройства в интегральном исполнении, БУ ЭПХХ на основе этой ИМС будет иметь всего 14 дискретных элементов, из которых один прецизионный (кварцевый резонатор).

Таким образом, устройство по сравнению с известными устройствами позволяет обеспечить универсальность БУ ЭПХХ, т.е. возможность работы с любыми типами двигателей и карбюраторных систем; повысить точность задания и определения частот включения и отключения экономайзера; снизить стоимость БУ ЭПХХ за счет исключения его настройки, существенного уменьшения числа комплектующих и исключения прецизионных резисторов и термостабильного конденсатора; повысить надежность системы.

Литература.

1. Брюханов А. Б. Электронные устройства автомобиля. - М.: Транспорт, 1988. - 108 с. (с. 39, рис. 3.11.)а

Электронная схема для блока управления экономайзером принудительного холостого хода автомобиля относится к электронной схеме, которая может быть использована в блоке управления экономайзером принудительного холостого хода (БУ ЭПХХ) автомобиля, а также в других устройствах, где потребуется сравнение частот, и содержит генератор, делитель, шестиразрядный счетчик, блок сравнения частот включения и отключения, блок управляющей логики, элемент задержки, интерфейсный блок кодирования частот включения и отключения, входной каскад, одновибратор, блок включения выхода, выходной каскад, блок защиты, блок начальной установки, источник опорных напряжений и шестнадцать выводов. Схему можно изготавливать в интегральном исполнении с использованием существующих технологий производства интегральных микросхем. Целью изобретения является обеспечение универсальности БУ ЭПХХ, повышение точности задания и определения частот включения и отключения экономайзера, снижение стоимости БУ ЭПХХ за счет исключения его настройки, существенного уменьшения числа комплектующих и исключения прецизионных резисторов и термостабильного конденсатора, повышение надежности системы. 2 ил.

Электронная схема для блока управления экономайзером принудительного холостого хода автомобиля содержит генератор, делитель, шестиразрядный счетчик, блок сравнения частот включения и отключения, блок управляющей логики, элемент задержки, интерфейсный блок кодирования частот включения и отключения, входной каскад, одновибратор, блок включения входа, выходной каскад, блок защиты, блок начальной установки, источник опорных напряжений и шестнадцать выводов, причем первый вход генератора соединен с шестым выводом, а второй вход соединен с седьмым выводом, а выход соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с первым входом шестиразрядного счетчика; шесть выходов шестиразрядного счетчика поразрядно соединены с шестью входами блока сравнения частот включения и отключения; двенадцать входов блока сравнения частот включения и отключения поразрядно соединены с двенадцатью выходами интерфейсного блока кодирования частот включения и отключения, шесть входов которого поразрядно соединены с девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым и четырнадцатым выводами, а девятнадцатый вход блока сравнения частот включения и отключения соединен с первым выходом блока управляющей логики, а выход блока сравнения частот включения и отключения соединен с первым входом блока управляющей логики, второй вход которого соединен с выходом блока включения выхода, вход которого соединен с восьмым выводом, а второй выход блока управляющей логики соединен одновременно с входом элемента задержки и первым входом выходного каскада, выход которого соединен с первым выводом; выход элемента задержки соединен с первым входом блока защиты, второй вход которого соединен с пятым выводом, а третий вход соединен с третьим выводом, а выход соединен одновременно с третьим входом блока управляющей логики и вторым входом выходного каскада; вход входного каскада соединен со вторым выводом, а выход соединен с первым входом одновибратора, выход которого соединен одновременно со вторым входом делителя, вторым входом шестиразрядного счетчика и четвертым входом блока управляющей логики; выход блока начальной установки соединен одновременно с третьим входом делителя, третьим входом шестиразрядного счетчика, пятым входом блока управляющей логики и вторым входом одновибратора; вход источника опорных напряжений соединен одновременно с шестнадцатым выводом и четвертым входом блока защиты, а выход соединен с пятнадцатым выводом и образует шину опорных напряжений; четвертый вывод образует общую шину.