Цифровой коммутатор тока катушки зажигания Советский патент 1992 года по МПК F02P5/145 

0н

14

vi со со о VJ

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств и может быть использовано при создании электронных систем зажигания для ДВС.

Цель изобретения - стабилизация энергии искрообразования в режимах пуска и ускорения вращения вала двигателя.

Сущность изобретения состоит в том, что с помощью цифрового компаратора по результату счета в реверсивном счетчике на отрезке времени, соответствующем углу поворота вала двигателя аг, оценивается длительность периода искрообразования, а значит и скорость вращения вала двигателя в текущем периоде искрообразования. Если длительность периода искрообразования превышает некоторую выбранную величину (например, соответствующую скорости вращения вала двигателя 1000-1500 об/мин, что незначительно выше оборотов холостого хода), то одна из тактовых частот, например f2, заменяется другой частотой fa, причем fs f2 (при замене fi на fs необходимо, чтобы fs fi). Для процесса счета в реверсивном счетчике становится справедливым соотношение fs/fi (либо f2/fa «1/0:2), а время накопления энергии в катушке зажигания увеличивается.

С помощью счетного процесса, протекающего во втором реверсивном счетчике, сначала на углу аг предыдущего периода искрообразования с частотой fs, а затем на углу а текущего периода искрообразования с частотой fy, причем f5/f4 0:4/0:2 (в частном случае возможно , ), к моменту изменения направления счета в первом реверсивном счетчике определяется наличие ускорения вала двигателя, и увеличение времени накопления энергии в катушке зажигания (замена частоты h на Ь в первом реверсивном счетчике) происходит только при наличии ускорения вращения вала двигателя.

На фиг. 1 представлен вариант выполнения устройства по первому пункту формулы; на фиг. 2 - эпюры сигналов в схеме и диаграмма изменения числового значения Z на информационном выходе реверсивного счетчика; на фиг. 3 - вариант выполнения устройства по второму пункту формулы; на фиг. А - диаграммы, поясняющие работу этой схемы.

Цифровой коммутатор (фиг. 1) содержит входную клемму 1, блок 2 согласования сигнала, инвертор 3, одновибратор 4, генератор 5 счетных импульсов, делитель 6 частоты, мультиплексор 7, первый задатчик 8 кода, реверсивный счетчик 9, первый триггер 10, блок 11 ограничения тока, выходной каскад 12, блок 13 безискровой отсечки тока, выходную клемму 14, цифровой компаратор 15, второй задатчик 16 кода, второй

триггер 17.

Входная клемма 1 соединена с входом блока 2 согласования сигнала, выход которого подключен к входу R триггера 17, входу инвертора 3 и входу одновибратора 4.

Выход инвертора 3 соединен с первым (Ai) входом управления мультиплексора 7, входом ±1 направления счета реверсивного счетчика 9, информационным D-входом первого триггера 10 и входом блока 13 безискровой отсечки, выход которого соединен с третьим входом выходного каскада 12. Выход одновибратора 4 соединен с входом РЕ предварительной установки реверсивного счетчика 9 и R-входом первого триггера 10,

выход которого подключена к первому входу выходного каскада 12, второй вход которого соединена с выходом блока 11 ограничения тока. Вход последнего подключен к первому выходу выходного каскада.

Второй выход выходного каскада соединен с выходной клеммой 14 устройства. Вход С синхронизации первого триггера 10 соединен с выходом СО переноса реверсивного счетчика 9, счетный вход С которого соединен с выходом X мультиплексора 7. Первый Х1, второй Х2 и третий ХЗ входы мультиплексора 7 соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами делителя 6 частоты, вход которого подключен к выходу генератора 5 счетных импульсов. К информационным D-входам реверсивного счетчика 9 подключен задатчик 8 кода. Информационный выход реверсивного счетчика 9 соединен с первым А-входом данных

цифрового компаратора 15, к второму В- входу данных которого подключен второй задатчик 16 кода. Выход цифрового компаратора 15 соединен со счетным С-входом второго триггера 17, выход которого соединен с вторым (А2) входом управления мультиплексора 7.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1 и 2).

На протяжении постоянного угла поворота а вращающегося вала двигателя к клемме 1 приложен сигнал уровня 1, а на углу #2 - уровня О, причем «1+0:2 - постоянная величина, определяемая конструкцией двигателя и распределителя.

Возможно и обратное - на углу а действует сигнал уровня О, а на углу 0:2 - уровня 1 и тогда для работы схемы сигнал с датчика необходимо инвертировать. Конец углового сектора СС2 (момент времени ts на фиг. 2)

соответствует моменту искрообразования. В начале цикла счета (момент времени ц) одновибратор 4 вырабатывает импульс РЕ установки счетчика 9 и число Z0 заносится в счетчик. Одновременно этим же импульсом сбрасывается в нуль D-триггер 10. Высоким уровнем на R-входе триггера 17 (интервал (ti-t4)) на его выходе устанавливается низкий (О) уровень сигнала независимо от состояния выхода А В компаратора 15. На протяжении угла cci (тот же интервал (ti-t4)) счетчик 9 через вход ± 1 направления счета включен на счет назад (вычитание). Низкие уровни сигналов (О и О) на входах управления А1 и А2 мультиплексора 7 обеспечивают поступление тактовых импульсов с частотой fi на счетный С-вход счетчика 9. При этом числовое значение Zg, которое может быть считано с информационных выходов счетчика 9, уменьшается до нулевого значения, затем становится равным 2дМакс., заполнение всех разрядов счетчика 1 (момент т.2 на фиг. 2), и снова уменьшается до момента времени t4. С момента t4 счетчик 9 переключается на суммирование сигналом 1, приложенным к входу ±1 направления счета. С этого же момента изменяется комбинация уровней сигналов на входах управления А1 и А2 (1 и О соответственно) мультиплексора 7, чем обеспечивается изменение частоты тактовых импульсов с fi на f2 на счетном С-входе счетчика 9. Частоте fa на диаграмме Zg(t) соответствует меньший угол наклона отрезка прямой коси времени, так как f2 fi, а тангенс угла наклона к оси времени пропорционален частоте тактовых импульсов. Числовое значение Zg, считываемое с информационных выходов счетчика 9, растет до окончания цикла счета. С момента t4 и до конца цикла счета (момент ts) к R-входу триггера 17 приложен низкий уровень (О) и при изменении уровня сиг нала на С-входе триггера с О на 1 возможно его переключение, что и происходит в момент времени ts, когда числовое значение Zg, считываемое с информационного выхода счетчика, становится равным, а затем и большим, чем число Zi, задаваемое задатчиком 16 кода на входе В компаратора 15.

Таким образом, с момента t4 снова изменяется комбинация уровней сигналов на входах управления А1 и А2 мультиплексора 7 (становится 1 и 1 соответственно), чем обеспечивается изменение чистоты тактовых импульсов с f2 на fs на С-входе счетчика 9. Так как , то частоте fa соответствует больший угол наклона отрезка прямой к оси времени на диаграмме Zg(t). В момент времени t6 переполнения разрядов счетчика 9 на его выходе переноса СО появляется сигнал (импульс), который, воздействуя на вход С синхронизации триггера 10, устанавливает на его.выходе (эпюры Выхю(т.), а значит и на входе 1 выходного каскада 12) уровень 1. Переключение триггера 10 в момент времени t2, когда на выходе СО счетчика 9 также появляется импульс переноса, исключается тем, что к информационному D-входу триггера приложен сигнал с выхода инвертора 3, а на отрезке времени к D-входу триггера 10 приложен уровень О. С переключением триггера открывается коммутирующий катушку транзистор выходного каскада 12. Через катушку протекает нарастающий ток i (сплошная линия на эпюре i(t);

8момент времени ts одновибратор 4 вырабатывает импульс РЕ, в счетчик 9 снова заносится число Zo и на выходе триггера 10 устанавливается уровень О, а выходной транзистор закрывается, прерывая протекание тока в катушке зажигания.

На фиг. 2 значение макс. это уровень

ограничения тока блоком 11. На фиг. 2 штриховой линией показано протекание процессов в схеме, когда замены частоты f2 на fa не происходит.- В этом случае схема работает аналогично прототипу и при выполнении

для частот счетных импульсов соотношения fi/f2 Oz./a , время At протекания тока в катушке зажигания определяется по формуле . Как видно из фиг. 2 при замене частоты счета f2 на тз, причем fa f2, время

Д t увеличивается на Л величина которой тем больше, чем сильнее неравенство fa h и чем больше отрезок времени (ts-te). Значение Zi, при достижении которого происходит замена частоты f2, определяется после

выбора частот fi и f2. Выбор частоты fs производят, исходя из максимально возможной скорости изменения частоты вращения вала двигателя или, что вытекает из первого, из максимально возможных искажений формы

сигнала с датчика в режимах пуска и ускорения двигателя.

Выбором значения Zi интервал возможных частот вращения вала двигателя разбивается на два интервала: интервал низких

частот вращения, где происходит увеличение длительности протекания тока в катушке (пуск, обороты холостого хода) и высоких, где такого увеличения не происходит. На фиг. 2 пунктиром показана диаграмма, соответствующая случаю высоких оборотов вала двигателя.

На высоких частотах вращения вала двигателя при счетных процессах в счетчике

9значение Zi не достигается. В любой момент интервала времени (t 4-t e) значение либо Z Zi, либо Z Zt (соответственно для компаратора А В или А В,, т.е. уровень сигнала на выходе компаратора либо равен 1 (интервал (tV-t6), либо О (интервал (te-ts), а перехода из О в 1, который мог бы вызвать переключение триггера 17, нет, а значит нет и замены частоты.

Эквивалентной формой выполнения изобретения является схема, при которой в счетчике 9 сначала происходит процесс счета вперед (суммирование), а затем назад (вычитание), с той лишь разницей, что на информационном входе счетчика 9 должно задаваться постоянное числовое значение

(Z9MaKC Zo).

Таким образом, путем изменения частоты счета в счетчике 9 в сторону выполнения условия fs/fi «1/0:2 можно получить увеличенное время протекания тока в катушке зажигания. Благодаря этому, при ускорении вращения вала двигателя, несмотря на изменение скважности сигнала с датчика, энергия искрообразования будет оставаться постоянной, а это значит, что надежность работы системы зажигания в режимах пуска двигателя и разгона автомобиля повышена. При этом допускается с учетом кратковременности режимов низких частот вращения вала двигателя некоторое увеличение нагрузки на выходной каскад, если величина ускорения не достигает максимально возможных значений.

На фиг, 3 представлен вариант выполнения схемы цифрового коммутатора по второму пункту формулы. Он содержит входную клемму 1, блок 2 согласования сигнала, инвертор 3, одновибратор 4, генератор 5 счетных импульсов, делитель 6 частоты, мультиплексор 7, первый задатчик 8 кода, реверсивный счетчик 9, первый триггер 10, блок 11 ограничения тока, выходной каскад 12, блок 13 безискровой отсечки тока, выходную клемму 14, цифровой компаратор 15, второй задатчик 16 кода, второй триггер 17, третий триггер 18, элемент И ЛИНЕ 19, второй одновибратор 20, второй мультиплексор 21, второй реверсивный счетчик 22, третий задатчик 23 кода.

Входная клемма 1 соединена с входом блока 2 согласования сигнала, выход которого подключен к входу R второго триггера 17, входу D-триггера 18, входу управления А мультиплексора 21, входу ± 1 направления счета второго реверсивного счетчика 22, входу одновибратора 4 и входу инвертора 3. Выход инвертора 3 соединен с первым (А1) входом управления мультиплексора 7, входом ± 1 направления счета первого реверсивного счетчика 9, выходом второго одно- вибратора 20, первым входом элемента ИЛИ-НЕ 19, информационным D-входом первого триггера 10 и входом 13 безискровой отсечки, выход которого соединен с третьим входом выходного каскада 12. Выход одновибратора 4 соединен с выходом РЕ предварительной установки реверсивного счетчика 9, R-входом третьего триггера 18

и R-входом первого триггера 10, выход которого подключен к первому входу выходного каскада. Второй вход последнего соединен с выходом блока 11 ограничения тока, вход которого подключен к первому выходу выходного каскада 12, второй выход выходного каскада 12 соединен с выходной клеммой 14 устройства. Вход С синхронизации первого триггера 10 соединен с выходом СО переноса реверсивного счетчика 9, счетный

вход С которого соединен с выходом X мультиплексора 7. Первый Х1, второй Х2 и третий ХЗ входы мультиплексора 7 соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами делителя 6 частоты, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с первым Х1 и вторым Х2 входами второго мультиплексора 21.

Вход делителя 6 частоты подключен к выходу генератора 5 счетных импульсов. К

информационным D-входам реверсивного счетчика 9 подключен задатчик 8 кода, а к D-входам реверсивного счетчика 22 подключен задатчик 23 кода. Информационный выход реверсивного счетчика 9 соединен с

первым А-входом данных цифрового компаратора 15, к второму В-входу данных которого подключен второй задатчик 16 кода. Выход А В цифрового компаратора 15 соединен со счетным С-входом триггера 17,

выход которого соединен с вторым (А2) входом управления мультиплексора 7. D-вход триггера 17 соединен с инверсным выходом триггера 18, счетный С-вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 19, второй

вход которого соединен с выходом СО реверсивного счетчика 22, вход РЕ предварительной установки которого соединен с выходом одновибратора 20.

Устройство (фиг. 3) работает следующим

образом.

При равномерном вращении вала двигателя (до момента времени ty на фиг.4) в результате протекания счетного процесса в счетчике 22 на выходе СО переноса счетчика

появляется сигнал переноса (эпюры С022). С помощью элемента ИЛИ-НЕ выделяется и инвертируется один из них (эпюры С моменты t2 и ts), который и поступает на вход синхронизации триггера 18.

Триггер 18, который до этого импульсом РЕд был установлен в состояние Г на инверсном выходе, переключается в состояние О на этом выходе. Низкий уровень сигнала с выхода триггера 18 воздействует на информационный D-вход триггер 17, исключает возможность переключения триггера под воздействием сигнала с выхода А В компаратора 15 и схема работает аналогично прототипу. При ускорении вращения вала двигателя (с момента t) в результате изменения скважности импульса с датчика результат Z22 счет в счетчике 22 может не достигнуть к концу цикла значения 222макс. (см. момент t) и импульс С022 переноса на выходе счетчика не появляется, а значит не происходит переключения триггера 18, а на его инверсном выходе сохраняется состояние 1. Теперь при воздействии сигнала с выхода А В компаратора 15 возможны пере ключения триггера 17, т.е. изменение кодовой комбинации на информационных входах А1, А2 мультиплексора (было 1 О, стало 1 1)и, как результат, замена тактовой частоты fa на fa (fa f2) и увеличение длительности протекания тока в катушке зажигания.

На высоких частотах вращения вала двигателя, когда значение Z- в счетчике 9 не достигается (интервал (ticrti2) и () на фиг. 4), переключения триггера 17 не происходит из-за отсутствия переноса уровня с О на 1 на выходе компаратора 15 на углу поворота вала «2 (интервалы (tn-ti2), (ti4- tis). т.е. схема будет работать аналогично представленной на фиг. 1. Одновибратор 20 вырабатывает импульс РЕ22 начальной установки счетчика 22, с приходом которого в счетчик заносится числовое значение Zs, задаваемое задат иком 23 кода. Число 2з оп- ределяет допустимое уменьшение времени протекания тока в катушке зажигания. Это необходимо, чтобы избежать увеличения длительности времени протекания, когда незначительные изменения скважности сигнала с датчика вызваны случайными процессами. Счетный процесс в счетчике 22 протекает сначала с частотой fs на углу поворота «2, а затем с частотой f4 на углу а.. Переключение частот осущесҐвляется муль- типлексором 21 под воздействием сигнала с выхода блока 2 согласования сигнала. Существенным является то, что счетный цикл в счетчике 22, задаваемый импульсами с одновибратора 20, опережает счетный цикл в счетчике 9 на время, соответствующее углу поворота а.г.

Благодаря этому возможно определение наличия ускорения вращения вала двигателя задолго до окончания счетного цикла в счетчике 9.

Таким образом, с введением дополнительного счетчика становится возможным определение наличия ускорения вращения вала двигателя и увеличение времени протекания тока через катушку зажигания происходит только при наличии ускорения. Это облегчает условия работы выходного каскада и повышает надежность устройства. На любой постоянной частоте искрообразова- ния время протекания тока через катушку зажигания и потребляемая от источника питания энергия будут минимальными.

Формула изобретения 1. Цифровой коммутатор тока катушки зажигания, содержащий блок согласования сигнала, вход которого соединен с входной клеммой устройства, а выход - с входом инвертора и входом одновибратора, выход инвертора соединен с первым входом управления мультиплексора, входом направления счета реверсивного счетчика, информационным входом триггера и входом блока безискровой отсечки, выход одновибратора соединен с входом предварительной установки реверсивного счетчика и R-входом триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом переноса реверсивного счетчика, выход триггера соединен с первым входом выходного каскада, второй вход которого соединен с выходом блока ограничения тока, подключенного входом к первому выходу выходного каскада, второй выход выходного каскада соединен с выходной клеммой устройства, третий вход выходного каскада соединен с выходом блока безискровой отсечки, счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходом мультиплексора, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами делителя частоты, входом соединенного с выходом генератора счетных импульсов, причем информационные входы реверсивного счетчика подключены кзадатчику кода, отличающийся тем, что, с целью стабилизации энергии искрообразования в режимах пуска и ускорения вращения вала двигателя, в него дополнительно введены цифровой компаратор, второй триггер и второй задатчик кода, причем делитель частоты имеет третий выход, мультиплексор имеет третий вход, соединенный с третьим выходом делителя частоты, и второй вход управления, подключенный к выходу второго триггера, R-вход которого соединен с выходом блока согласования сигнала, а счетный вход - с выходом цифрового компаратора,

первый вход данных которого соединен с информационным выходом реверсивного счетчика, а к второму входу данных подключен второй задатчик кода.

2. Коммутатор по п. 1,отличающий- с я тем, что в него дополнительно введены второй реверсивный счетчик, второй мультиплексор, второй одновибратор, третий задатчик кода, третий триггер и элемент ИЛИ-НЕ, причем делитель частоты содержит четвертый и пятый выходы, соединенные соответственно с первым и вторым входами второго мультиплексора, выход которого соединен со счетным входом второго реверсивного счетчика, а второй триггер содержит информационный вход, к которому подключен инверсный выход третьего триггера,

а вход управления второго мультиплексора, вход направления счета второго реверсивного счетчика подключены к выходу блока согласования сигнала, первый вход элемента ИЛИ-НЕ и вход второгоодновибратора подключены к выходу инвертора, выход второго одновибратора подключен к входу предварительной установки второго реверсивного счетчика, к информационным входам которого подключен третий задатчик кода, выход переноса второго реверсивного счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого связан с входом синхронизации третьего триггера,

информационный вход которого соединен с выходом блока согласования сигнала, a R- вход третьего триггера соединен с выходом первого одновибратора.

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств и может быть использовано при создании электронных систем зажигания для двигателей внут- реннего сгорания (ДВС). Целью изобретения является стабилизация энергии искрообразования в режимах пуска и ускорения вращения вала двигателя. Поставленная цель достигается введением цифрового компаратора 15, второго триггера 17 и второго задатчика 16 кода, третьего выхода делителя 6 частоты, третьего входа мультиплексора 7, второго входа управления мультиплексора 7, а также новыми функциональными связями. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

А

Г