СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F02P7/67 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу управления системой зажигания, содержащей зарядную катушку и блок управления. Изобретение также относится к системе управления системой зажигания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для систем зажигания требуются хорошие и надежные рабочие характеристики, позволяющие обеспечить зажигание в двигателе внутреннего сгорания при низкой стоимости системы и экономии энергии.

Однако существует проблема сбора информации, касающейся рабочих характеристик системы, поскольку при попытке измерения параметров, например магнитного потока в зарядной катушке или пусковой катушке обычной системы, сталкиваются помимо прочего с наличием помех, вызванных генерацией искры зажигания. Когда зарядная катушка периодически замыкается накоротко для увеличения зарядного тока конденсатора, например как описано в SE 0600752-0, возникают большие помехи в магнитном потоке в системе зажигания. Поэтому трудно собрать достаточно информации для успешного контроля и управления системой зажигания, вследствие чего искра может создаваться при неподходящем положении или направлении движения маховика, например во время фазы сильного сжатия в двигателе. Кроме того, эти помехи действуют на внешние системы, включающие датчики и аналогичные устройства для обнаружения искры в системе зажигания, что приводит к ухудшению рабочих характеристик или даже к выходу системы из строя. Для систем зажигания, в которых используется маховик с двухполюсным мостовым магнитом, проблемы могут оказаться особенно серьезными, поскольку у этих систем риск генерации искры зажигания в ненадлежащее время из-за неправильной информации возрастает по сравнению с системами, в которых используется однополюсный мостовой маховик.

Поэтому имеется явная потребность в системе управления зажиганием, которая может осуществлять контроль и управление рабочими характеристиками системы зажигания и устранить риск нежелательной генерации искры без ухудшения нормального функционирования системы зажигания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является решение или по меньшей мере сведение к минимуму проблем, описанных выше. Это достигается тем, что способ согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения включает обеспечение наличия отдельной катушки, расположенной вблизи по меньшей мере одной из катушек, включающих указанные зарядную катушку, первичную катушку и вторичную катушку; использование блока управления для контроля магнитного потока в указанной отдельной катушке; и использование информации об указанном магнитном потоке в качестве входных данных для управления по меньшей мере одним рабочим параметром системы зажигания. Таким образом, можно надежно контролировать характеристики этих катушек при создании или изменении магнитного потока и снизить риск помех при измерении, которые могут возникнуть в катушке на некоторых стадиях работы системы зажигания.

Благодаря измерениям магнитного потока в отдельной катушке можно контролировать генерацию тока в зарядной катушке и процесс генерации искры зажигания в первичной и вторичной катушках. Так как измерения выполняют на отдельной катушке, не принимающей участия в процессе зарядки и создании искры зажигания, можно избежать недостатков, связанных с измерениями на этих катушках или на пусковой катушке, а именно - возникновения помех в магнитном поле в железном сердечнике или около него, когда используется одна из этих катушек или все они, а надежность полученных данных значительно повышается. Это особенно выгодно для обнаружения направления вращения маховика посредством анализа магнитного потока.

Согласно одному из аспектов изобретения система зажигания дополнительно содержит пусковую катушку, а способ включает использование информации о магнитном потоке в пусковой катушке вместе с информацией о магнитном потоке в отдельной катушке в качестве входных данных для управления по меньшей мере одним рабочим параметром системы зажигания. Таким образом, рабочие параметры этих катушек при создании или изменении магнитного потока можно надежно контролировать путем сравнения магнитного потока в отдельной катушке и пусковой катушке и тем самым уменьшить риск того, что при измерении в катушке на некоторых стадиях работы системы зажигания могут появиться помехи.

Особенно выгодно использовать отдельную катушку для измерений на стадиях, на которых нужно тщательно контролировать характеристики системы зажигания, например когда система используется на медленных скоростях (при малом числе оборотов в минуту маховика) или когда двигатель, с которым используется система зажигания, вибрирует вследствие сильного сжатия. Если искра вырабатывается при неправильной установке угла опережения зажигания или если маховик вращается в неправильном направлении, существует большой риск, что двигатель даст обратную вспышку, что приведет к повреждению двигателя и, как следствие, даже к травмированию персонала.

Благодаря изобретению можно определить скорость вращения и положение маховика с одним или несколькими магнитами и потому риск генерации искры зажигания в нежелательное время может быть существенно снижен.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, где:

на фиг.1 показана принципиальная схема системы зажигания согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения;

на фиг.2а показан вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения системы зажигания;

на фиг.2b схематично показан вид сбоку отдельной катушки в варианте, изображенном на фиг.2а,

на фиг.2с схематично показан вид снизу отдельной катушки, изображенной на фиг.2b, с другими катушками, расположенными с обеих сторон;

на фиг.3а показаны сигналы, характеризующие магнитный поток, создаваемый маховиком, который вращается со скоростью 1000 оборотов в минуту в правильном направлении; и

на фиг.3b показаны сигналы, характеризующие магнитный поток, создаваемый маховиком, который вращается со скоростью 1000 оборотов в минуту в неправильном направлении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показана принципиальная схема известной системы зажигания, модифицированной согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения. Железный сердечник Т1 с четырьмя традиционно установленными катушками, L1, L2, L4 и L5 расположен так, что он намагничивается по меньшей мере одним магнитом, вращающимся вместе с маховиком (не показан) вблизи железного сердечника Т1.

Первая катушка L1 является зарядной катушкой и служит для создания напряжения, которое может использоваться для генерации искры зажигания. С этой целью зарядная катушка L1 одним концом 2 соединена с землей, а другим концом 1 через выпрямитель D1 с зарядным конденсатором С1.

Катушки L4 и L5 представляют собой первичную и вторичную катушки соответственно и образуют трансформатор для генерации напряжения зажигания для свечи SP1 зажигания. Для этого первичная катушка L4 соединена одним концом 3 с зарядным конденсатором С1 и другим концом 4 с землей, а вторичная катушка L5 соединена одним концом 5 с землей и другим концом 6 со свечой зажигания. Блок М1 управления может импульсом на своем выходе Out1 открывать тиристор Q1 и разряжать зарядный конденсатор С1, создавая таким образом импульс высокого напряжения во вторичной катушке L5 благодаря магнитному полю, индуцированному с помощью первичной катушки L4.

Четвертая катушка представляет собой пусковую катушку L2, соединенную одним концом 7 с землей и другим концом 8 со входом ln1 блока М1 управления. С пусковой катушки L2 может передаваться информация о положении маховика и скорости его вращения. Однако эта информация из-за расположения катушки L2 на железном сердечнике Т1 подвергается помехам, которые могут возникать при работе системы зажигания, особенно во время генерации искры, и потому всегда недостоверна.

Согласно изобретению предусмотрена пятая катушка, т.е. отдельная катушка L3, расположенная рядом с катушками L1, L2, L4, L5, но не на железном сердечнике Т1. Указанная отдельная катушка L3 одним концом 10 соединена со входом ln2 блока М1 управления, а другим концом 9 с землей. Отдельная катушка L3 выполнена как отдельная магнитная цепь, чтобы избежать помех от схемы, включающей катушки L1, L2, L4 и L5.

На фиг.2а показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, в котором катушки L1 и L2 установлены на том же железном сердечнике Т1, что и катушки, L4, L5, а конденсатор С1 размещен между ними. Отдельная катушка L3 установлена между другими катушками и находится близко к маховику, чтобы магнит или магниты проходили близко от нее и она могла бы как можно точнее обнаруживать изменения магнитного потока, генерируемого маховиком. Ширина w и длина I отдельной катушки L3 предпочтительно существенно больше ее высоты h (как показано на фиг.2b и 2с). Это позволяет получить как можно более точные результаты измерения магнитного потока и установить катушку L3 так, чтобы минимизировать риск искрового перекрытия, что достигается расположением верхней стороны катушки L3 рядом с концом соседних катушек или ниже их. Кроме того, целесообразно, чтобы ширина w и длина I катушки L3 были достаточно малы, так что магнит или магниты маховика оказываются настолько большими, что закрывают поверхность катушки L3, когда проходят мимо.

Железный сердечник Т1 может иметь U-образную форму с двумя по существу параллельными удлиненными частями, на одной из которых установлены зарядная катушка L1 и пусковая катушка L2, а на другой - первичная и вторичная катушки L4, L5. Отдельная катушка L3 установлена в пространстве между указанными удлиненными частями. Благодаря такой конфигурации отдельная катушка L3 может быть расположена близко к маховику и точно обнаруживать флуктуации магнитного потока, но не мешает расположению других катушек L1, L2, L4, L5 в такой же близости, что создает оптимальные условия для всех катушек как в отношении зарядки конденсатора С1, так и в отношении функционирования первичной и вторичной катушек L4, L5 с целью генерации искры в свече SP1 зажигания и выработки сигналов в пусковой катушке L2 и отдельной катушке L3 и подачи их на вход блока М1 управления для управления работой системы зажигания.

Во время работы системы зажигания конденсатор С1 заряжается зарядной катушкой L1, от которой через выпрямитель D1 периодически течет ток, генерируемый вследствие вращения маховика. Когда в свечу SP1 нужно подать напряжение зажигания для генерации искры, затвор тиристора Q1 открывается сигналом с выхода OUT1 блока М1 управления и соединяет зарядный конденсатор С1 с землей, создавая путь для тока. В результате напряжение на конденсаторе С1 резко падает и в первичной катушке L4 возникает магнитный поток, который преобразуется в импульс напряжения во вторичной катушке L5 и в течение короткого времени обеспечивает необходимое напряжение на свече SP1 зажигания для генерации искры.

После начального резкого падения напряжения на зарядном конденсаторе С1 возникают затухающие колебания, возвращая конденсатор С1 в нейтральное состояние, в котором он снова может заряжаться через зарядную катушку L1, и процесс повторяется, когда нужно выработать следующую искру зажигания.

Время выработки сигнала блока М1 управления для генерации искры зажигания в обычной системе зажигания определяется на основе информации о положении и скорости вращения маховика, которая может быть получена в результате измерения магнитного потока в пусковой катушке L2. Однако этот поток подвергается воздействию значительных помех, вызванных флуктуацией магнитного поля вокруг железного сердечника, в особенности в момент генерации искры зажигания и внезапного изменения магнитного поля. Поэтому анализ данных от пусковой катушки L2 для определения оптимального времени генерации искры зажигания усложняется, особенно при работе двигателя на малой скорости (медленное вращение маховика) или когда двигатель, в который система зажигания подает искры, дает сбой в результате сильного сжатия. В этих ситуациях существует риск генерации искры зажигания в нежелательное время, что может значительно снизить эффективность работы системы зажигания и двигателя в целом.

Для решения этой проблемы измеряют магнитный поток в отдельной катушке L3 и используют его в качестве сигнала, подаваемого на вход ln2 блока М1 управления. Благодаря тому, что отдельная катушка L3 расположена на расстоянии от железного сердечника, влияние флуктуации на генерацию искры зажигания будет намного меньше, а информация о скорости и положении маховика станет более достоверной и подробной. На основе этой дополнительной информации можно более правильно определить время генерации искры зажигания, а также узнать скорость и направление вращения маховика. Таким образом можно избежать ситуаций, когда искра зажигания вырабатывается, несмотря на неподходящие для этого условия.

На фиг.3а показаны первый сигнал S1 с отдельной катушки L3 и второй сигнал S2 с пусковой катушки L2, соответствующие магнитному потоку в этих катушках L2, L3 при вращении маховика со скоростью 1000 оборотов в минуту в направлении, подходящем для генерации искры в системе зажигания. Третий сигнал S3 имеет пик 31, указывающий на прохождение установленного в маховике магнита северным полюсом вперед в двухполюсном мосте.

Когда маховик проходит мимо катушек, образуется первый пик 11 первого сигнала и первый пик 21 второго сигнала, а спустя некоторое время образуются второй пик 12 первого сигнала и второй пик 22 второго сигнала. Сравнивая амплитуду первого и второго пиков 11, 12, 21, 22 для каждого сигнала, можно определить направление вращения маховика, а измеряя время между первым и вторым пиками 11, 12, 21, 22, можно определить скорость вращения маховика.

На фиг.3b показаны первый сигнал S1', второй сигнал S2' и третий сигнал S3', в котором образуется пик 31' в момент, когда установленный в маховике магнит проходит южным полюсом вперед. Сравнивая второй сигнал S2 на фиг.3а со вторым сигналом S2' на фиг.3b, видно, что изменение сигнала с пусковой катушки L2, когда маховик вращается в правильном направлении (фиг.3а) и в неправильном направлении (фиг.3b), обнаружить трудно, поскольку амплитуды первых и вторых пиков 21, 22 на фиг.3а такие же, как амплитуды первого и второго пиков 21', 22' на фиг.3b. Их положения относительно прохождения магнита, показанные третьим сигналом S3, тоже очень схожи.

Однако у первого сигнала S1, S1' с отдельной катушки L3 на фиг.3а амплитуда первого пика 11 значительно больше амплитуды второго пика 12. На фиг.3b имеет место обратная картина - второй пик 12' имеет значительно большую амплитуду, чем первый пик 11'. Это связано с тем, что поляризация отдельной катушки L3 меняется на обратную, когда первым проходит южный полюс магнита маховика по сравнению с ситуацией, когда первым проходит северный полюс магнита. Благодаря наличию отдельной магнитной цепи, образуемой отдельной катушкой L3, которая по существу независима от магнитной цепи, образуемой зарядной катушкой L1, пусковой катушкой L2, первичной и вторичной катушками, L4, L5, первый сигнал S1 также более достоверен, чем второй сигнал S2, поскольку магнитные флуктуации в других частях системы зажигания будут оказывать намного меньшее влияние на отдельную катушку L3.

Согласно изобретению анализ может быть выполнен с использованием только первого сигнала S1 с отдельной катушки L3. Для лучшего и более детализированного результата может использоваться информация, например амплитуда и положение пиков, от обоих сигналов S1 и S2, как описано в настоящем документе.

В качестве отдельной катушки (L3) целесообразно использовать датчик Холла, так как в этом случае можно очень точно обнаружить магнитный поток, особенно при малых энергиях. Однако датчик Холла намного дороже, чем обычные катушки, которые тоже можно использовать согласно изобретению.

Информация о магнитном потоке, поступающая с отдельной катушки L3 в блок М1 управления, в альтернативном варианте осуществления изобретения может быть получена от сенсорной системы, содержащей оптические датчики для обнаружения положения каждого магнита маховика. Таким образом, при выполнении ряда вычислений в блоке М1 управления время выработки искры зажигания можно определить с точностью, близкой к точности, достигнутой в предпочтительном варианте осуществления изобретения, описанном выше.

В альтернативном варианте осуществления изобретения пусковая катушка L2, одна или в сочетании с отдельной катушкой L3, может использоваться в качестве опорной для временных сигналов. Как сказано выше, такому варианту присущ свой недостаток, заключающийся в наличии шумов в сигнале, однако эту проблему можно решить путем измерения одновременно множества временных импульсов в катушке L2 и последующего сравнения этих времен друг с другом. Таким образом, пусковую катушку L2 можно использовать, чтобы дополнительно обеспечить выполнение функции отдельной катушки L3, при этом магнитный поток, обнаруженный пусковой катушкой L2, может предоставить дополнительную информацию блоку М1 управления. Это позволяет создать стабильную систему, в которой можно эффективно управлять генерацией искры в системе зажигания

Изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным вариантом осуществления и допускает изменения в объеме формулы изобретения, как очевидно специалистам в данной области техники. Например, можно использовать маховики с одним или двумя магнитами, а отдельная катушка может быть, например, дросселем или датчиком Холла.

Изобретение относится к области управления рабочими характеристиками системы зажигания и предназначено для устранения риска нежелательной генерации искры. Изобретение раскрывает, в частности, систему контроля зажигания, которая содержит зарядную катушку (L1) для зарядки системы зажигания, первичную катушку (L4) и вторичную катушку (L5), предназначенные для генерации напряжения и создания искры зажигания, и блок (М1) управления. Способ включает (а) обеспечение наличия отдельной катушки (L3), расположенной рядом по меньшей мере с одной из катушек, включающих зарядную катушку (L1), первичную катушку (L4) и вторичную катушку (L5), (б) использование блока (М1) управления для контроля магнитного потока в отдельной катушке (L3) и (в) использование информации об указанном магнитном потоке в качестве входных данных для управления по меньшей мере одним рабочим параметром системы зажигания. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ контроля системы зажигания, содержащей зарядную катушку (L1) для зарядки системы зажигания, пусковую катушку (L2), первичную катушку (L4), вторичную катушку (L5) и блок (М1) управления, при этом первичная и вторичная катушки (L4, L5) предназначены для генерации напряжения для создания искры зажигания, отличающийся тем, что он включает следующие операции:
а) обеспечение наличия отдельной катушки (L3), расположенной вблизи по меньшей мере одной из катушек, включающих указанные зарядную катушку (L1), пусковую катушку (L2), первичную катушку (L4) и вторичную катушку (L5),
б) использование блока (М1) управления для приема информации о магнитном потоке в пусковой катушке (L2) и отдельной катушке (L3) и
в) использование информации об указанном магнитном потоке в качестве входных данных для управления по меньшей мере одним рабочим параметром системы зажигания.

2. Способ по п. 1, в котором указанный параметр представляет собой время генерации искры в системе зажигания.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором указанная система зажигания дополнительно содержит маховик, а указанный параметр касается работы в безопасном режиме, при этом параметры, относящиеся к маховику, используют в качестве входных данных для указанного безопасного режима.

4. Способ по п. 3, в котором указанный параметр представляет собой направление вращения маховика.

5. Способ по п. 3, в котором указанный параметр представляет собой скорость маховика.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором указанная отдельная катушка (L3) представляет собой датчик Холла.

7. Система управления для системы зажигания, содержащей зарядную катушку (L1) и пусковую катушку (L2), отличающаяся тем, что система дополнительно содержит отдельную катушку (L3), установленную так, что она подвергается действию магнитного поля вблизи зарядной катушки (L1), и блок (М1) управления для приема информации о магнитном потоке в пусковой катушке (L2) и отдельной катушке (L3).

8. Система управления по п. 7, в которой блок (М1) управления выполнен так, что позволяет системе зажигания генерировать искру в момент времени, определяемый на основе информации, полученной от отдельной катушки (L3) и пусковой катушки (L2).

9. Система управления по п. 7 или 8, в которой зарядная катушка (L1) и пусковая катушка (L2) установлены на железном сердечнике (Т1); указанная система дополнительно содержит первичную катушку (L4) и вторичную катушку (L5), установленные на том же железном сердечнике (Т1), а отдельная катушка (L3) установлена рядом с железным сердечником (Т1).

10. Система управления по п. 9, в которой указанный железный сердечник (Т1) имеет U-образную форму с двумя по существу параллельными удлиненными частями, на одной из которых установлены зарядная катушка (L1) и пусковая катушка (L2) и на другой установлены первичная и вторичная катушки (L4, L5), а отдельная катушка (L3) установлена в пространстве между указанными удлиненными частями.

11. Система управления по п. 7 или 8, в которой система зажигания дополнительно содержит маховик для генерации магнитного потока в зарядной катушке (L1), а блок (М1) управления принимает информацию о состоянии маховика и использует ее для управления работой системы зажигания.

12. Система управления по п. 11, в которой указанная информация о маховике включает информацию о его скорости вращения или направлении вращения.

13. Система управления по п. 7 или 8, в которой блок (М1) управления выполнен с возможностью обеспечения генерации искры системой зажигания только тогда, когда он оценивает состояние системы как благоприятное для этой генерации.

14. Система управления по п. 7 или 8, в которой указанная отдельная катушка (L3) представляет собой датчик Холла.