Транзисторная система зажигания Советский патент 1992 года по МПК F02P5/145 

ч сл

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к электронным транзисторным системам зажигания, и может быть использовано для осуществления зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Система содержит блок формирования сигнала переменной скважности, блок отключения катушки зажигания при остановленном двигателе, блок разгрузки потоку силового транзисторного ключа, блок временной задержки, пороговое устройство, релаксационный генератор, транзисторный силовой ключ, стабилизатор напряжения, диоды, выключатель, переключатель, резистор. Потребляемая мощность источника питания снижена благодаря разгрузке транзисторного ключа по току, Расширение области применения достигается за счет работы с различными датчиками момента зажигания; расширение функциональных возможностей за счет реализации функций аварийного зажигания, огранииения максимальных оборотов двигателя, безыскрового отключения катушки зажигания при остановке двигателя с включенным зажиганием, а также функции противоугонного устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил. сл с

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к электронным транзисторным системам зажигания, и может быть использовано для осуществления зажигания в двигателях внутреннего сгорания.

Известна транзисторная система зажигания, содержащая вход для сигнала магнитоэлектрического датчика момента искрообразования, параметрический стабилизатор напряжения, предварительный усилитель, силовой транзисторный ключ и цепочку обратной связи с выхода транзисторного ключа ка вход предварительного усилителя.

Недостатками известного устройства являются увеличенные массогабаритные показатели, ограниченные функциональные возможности и ограниченная область применения, так как устройство может работать только от магнитоэлектрического датчика.

Известно устройство, содержащее вход для подключения прерывателя, параметрический стабилизатор напряжения, блок временной задержки, элемент 2И-НЕ, предварительный усилитель и силовой транзисторный ключ.

Устройство с помощью блока временной задержки и элемента 2И-НЕ реализует дополнительную функцию октан-корректора.

Недостатками этого устройства также являются увеличенные массогабаритные показатели, ограниченные функциональные возможности и ограниченная область применения (только в системах с прерывзте лем).

о о

Известен электронный корректор системы зажигания, содержащий параметрический стабилизатор напряжения, блок временной задержки, первый и второй пороговые элементы, релаксационный генератор, предварительный усилитель и силовой транзисторный ключ. Устройство реализует функции октан-корректора и многократного ценообразования,

Недостатками известной системы являются увеличенные массогабаритные показатели, так как скважность импульсов тока, проходящего через силовой транзисторный ключ, определяемая замкнутым состоянием контактов прерывателя, равна примерно 0,5: ограниченная область применения, так как устройство может работать только в системах зажигания с механическими прерывателями; ограниченные функциональные возможности, так как отсутствуют функции: аварийного зажигания, ограничения максимальных оборотов двигателя, отключения катушки зажигания при включенном зажигании и остановленном двигателе, противоугонного устройства.

Цель изобретения - снижение мощности источника питания за счет разгрузки по току силового транзисторного ключа, расширение области применения и расширение его функциональных возможностей.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема транзисторной системы зажигания; на фиг.2 - эпюры, поясняющие работу, где а - сигнал магнитоэлектрического датчика; б - сигнал на первом выходе блока формирования сигнала переменной скважности; в - сигнал на втором выходе блока формирования сигнала переменной скважности; г - напряжение на третьем конденсаторе; д - напряжение на втором выходе блока временной задержки; е - напряжение на первом выходе блока временной задержки; ж - сигнал на выходе порогового устройства; з - сигнал на выходе релаксационного генератора в режиме однократного искрообразования; з - сигнал на выходе релаксационного генератора в режиме многократного искрообразования; и - напряжение на пятом конденсаторе; к - сигнал на выходе первого элемента 2И-НЁ; л - напряжение на эмиттере транзистора n-p-п второго каскада предвэритепьного усилителя силового ключа в режиме однократного искрообразованмя; л - напряжение на эмиттере транзистора л-p-n второго каскада предварительного усилителя силового ключа в режиме многократного искрообразования; м - напряжение на выходе системы или на первичной обмотке катушки зажигания.

Транзисторная система зажигания содержит блок 1 формирования сигнала переменной скважности, блок 2 отключения катушки зажигания при остановленном двигателе, блок 3 разгрузки по току силового ключа, блок 4 временной задержки, пороговое устройство 5, релаксационный генератор 6, силовой ключ 7, параметрический стабилизатор 8 напряжения, первый 9, вто0 рой 10 и третий 11 диоды, выключатель 12, спаренный переключатель с первыми размыкающими контактами 13 и вторыми замыкающими контактами 14, первый резистор 15. Первый 16, второй 17 и третий 18 входы

5 блока 1 являются входами устройства, а первый выход блока 1 соединен с входом блока 2 и с третьим входом блока 3. Второй выход блока 1 соединен с первым входом блока 4, и через последовательные обратный диод 9

0 и контакты 13 переключателя, - с вторым входом генератора 6, соединенным также с второй шиной питания через контакты вы- ключател 12. Выход блока 3 подключен к второму в оду силового ключа 7, как и выход

5 блока 2, Выход устройства 5 соединен с вторым входом блока 4 и, через резистор 15, - с первым входом генератора 6. Первый и второй выходы блока 4 соединены с одноименными входами порогового устройства

0 5. Катоды диодов 10 и 11 соединены, соответственно, с вторым входом блока 3 и с первым входом генератора 6, а их аноды, через контакты 14 переключателя, соединяются с выходом параметрического стабили5 затора напряжения 8, входы которого подключены, соответственно, к первой и второй шинам питания, Выход генератора б подключен к первому входу силового ключа 7, выход которого образует выход устройст0 ва.

Блок 1 выполнен на RS-триггера 19. Входы блока 1 - первый 16, второй 17 и третий 18 являются одноименными входами устройства. Вход 16 соединен через второй

5 резистор 20 с первой шиной питания, а через последовательные первый конденсатор 21 и третий резистор 22 - с второй шиной питания. Точка соединения конденсатора 21 и резистора 22 подключена через четвер0 тый резистор 23 к первому входу З триггера 19. Вход 17 через последовательные четвертый диод 24 и пятый резистор 25 подключен к второму входу S-триггера 19. Вход 18 соединен через последовательные инвертор 27 5 и второй конденсатор 28 с третьим входом S-триггера 16, который также подключен к второй шине питания через седьмой резистор 29. Неинвертирующий выход триггера 19, образующий второй выход блока 1, соединен с сто входом R через восьмЪй резиcrop 30 Этот же вход R подкпючен к второй шине питания через третий конденсатор 31. Инвертирующий выход триггера 19 образует первый выход блока 1.

Блок 2 выполнен на втором составном транзисторе 32 типа n-p-п, база которого соединена с входом блока 2 через пятый диод 33, с выходом стабилизатора 8 - через девятый резистор 34 и с второй шиной питания, куда также подключен эмиттер, через четвертый конденсатор 35.

Блок 3 выполнен на первом элементе 2И-НЕ 36, и на транзисторе 37 типа п-р-р. первый вход элемента 36 образует третий вход блока 3. Второй вход элемента 36 соединен через последовательные обратный диод 38 и десятый резистор 39 и через одиннадцатый резистор 40, с первым входом блока 3, через параллельные переход коллектор-эмиттер транзистора 37 и пятый конденсатор 41 - с второй шиной питания,. База транзистора 37 соединена через двенадцатый резистор 42 с второй шиной питания и, через тринадцатый резистор 43 - с вторым входом блока 3, Первый и второй входы блока 3 соединены через шестой конденсатор 44. Выход элемента 36 соединен через обратный диод 45 с выходом блока 3.

.Первый выход блока 4 соединен через последовательные диод 46 и резистор 47 - с первым входом блока 4, через обратный диод 48 - с вторым входом блока 4, через последовательные обратный диод 49 и регулируемый резистор 50 - с первым входом блока 4, через конденсатор 51 - с второй шиной питания, Второй выход блока 4 соединен через обратный диод 52 с первым входом блока 4, через параллельные резистор 53 и конденсатор 54 - с второй шиной питания,

Пороговое устройство 5 выполнено на логическом элементе 2И 55. Входы элемента 55 образуют первый и второй входы порогового устройства 5. Выход элемента 55 образует выход порогового устройства 5,

Релаксационный генератор 6 выполнен на втором 56 и третьем 57 элементах 2И- НЕ. Первые входы элементов 56 и 57 образуют первый вход генератора 6. Второй вход элемента 56 образует второй вход генератора 6 и соединен через последовательные обратный диод 58 и резистор 59, параллельно которым подключен резистор 60, с точкой соединения выхода элемента 56 и второго входа элемента 57, через седьмой конденсатор 61 - с выходом элемента 57, образующим, выход генератора 6.

Силовой ключ 7 выполнен на транзисторе 62 типа n-p-п первого каскада предварительного усилителя, на транзисторе 03 гипл п р-п второго каскада предварительного усилителя и на первом составном транзисторе 64 типа n-p-п, коллектор которого 5 образует выход устройства. База транзистора 63 соединена через резистор 65 с первым входом силового ключа 7, его эмиттера через резистор 66 - с второй шиной питания и через резистор 67 - с базой транзистора 0 63. Второй вход силового ключа 7 образован базой транзистора 62, коллектор которого подключен к первой шине питания вместе с коллектором транзистора 63. База транзистора 64, коллектор которого образует вы5 ход устройства, соединена через резистор 68 с эмиттером транзистора 63 и через резистор 69 - с второй шиной питания, к которой также подключен эмиттер транзистора 64.

0 Система работает следующим образом. После включения питания, если на любом из входов системы отсутствуют сигналы одного из датчиков момента искрообразо- вания, RS-триггер 19 блока 1 формирования

5 сигналов переменной скважности благодаря цепочке R 30 с 31 всегда устанавливается в сброшенном состоянии, т.е. на втором выходе блока 1 присутствует сигнал низкого логического уровня (нуль) а на его первом

0 выходе - высокого (единица). Предположим, что контакты 12 и 13 замкнуты, а контакт 14 - разомкнут, При этом на выходе порогового элемента S устанавливается единица, а на выходе релаксационного ге5 нератора 6 - нуль, Силовой ключ 7 заперт, и ток через катушку зажигания не протекает. При включении стартера на один из входов (16 - 18) блока 1 подается сигнал от датчика момента зажигания. Для установки

0 триггера 19 на его входы S достаточно подавать короткие сигналы единица, поэтому сигналы прерывателя (вход 16) и датчика Холла (вход 18) дифференцируются соответствующими цепочками С21 Р22 И С28Р29, а

5 сигнал индуктивного датчика короткий. Любой из этих сигналов устанавливает триггер 19 (на фиг.2а, показан сигнал магнитоэлектрического датчика), и на втором выходе блока 1 появляется единица (фиг.2в), а на

0 первом - нуль (фиг.2б). Конденсатор 31 начинает заряжаться через резистор 30 (фиг.2г) напряжение на входе сброса триггера 19 практически линейно нарастает, и в тот момент, когда оно достигает уровня пе5 реключения (пунктирная линия на фиг.2г) триггер 19 сбрасывается, и сигналы на его выходах инвертируются (фиг 26,в) Конденсатор 31 начинает разряжаться резистор 30 и неинвертирующий выход триггера 19. После поступления следующего сигнала

на вход блока 1 триггера 19 процесс заряда - разряда конденсатора 31 повторяется. Таким образом, блок 1 на своем втором выходе формирует в момент поступления сигнала от датчика момента зажигания нарастающий фронт сигналов прямоугольной формы, скважность которых не зависит от формы и скважности входных сигналов, Постоянная времени цепочки R30C31 выбирается по двум критериям: по количеству искр в такте режима с многократным искрообра- зованием на низких оборота и по ограничению максимальных оборотов двигателя, При этом на низких оборотах конденсатор С31 успевает полностью разрядиться, а на средних и выше не успевает (фиг.2г), Поэтому скважность сигналов на выходе блока 1 по мере разгона двигателя постепенно увеличивается от минимальной до 0,5 и далее остается неизменной. Это позволяет оптимизировать характеристику октан-корректора и обеспечивает ограничение числа искр в каждом такте режима многократного искрообразования таким образом, чтобы их число не превышало разумные пределы на низких оборотах и были исключены обратные удары на средних оборотах независимо от скважности сигнала датчика момента зажигания (например, независимо от регулировки замкнутого состояния контактов прерывателя). По мере увеличения оборотов двигателя амплитуда изменения напряжения на конденсаторе 31 уменьшается и наступает такой момент, когда частота переключений триггера 16 уменьшается в два раза, т.е. будет пропускаться каждый второй такт зажигания, а обороты двигателя будут ограничены на этом уровне. Т.е. при уменьшении постоянной времени цепочки R30C31 предел максимальных оборотов двигателя повышается, а при увеличении снижается, что позволяет ограничить максимальные обороты на желаемом уровне.

Блок отключения катушки зажигания при остановленном двигателе предотвращает перегрев катушки зажигания и силового ключа транзисторной системы зажигания, а также разряд аккумуляторной батареи в том случае, когда зажигание включено, а двигатель останавливается, При этом на первом выходе блока 1 устанавливается сигнал единица, диод 33 смещается в обратном направлении, а конденсатор 35 начинает заряжаться током, проходящим через резистор 34, Через 2-3 с напряжение на конденсаторе 35 достигает уровня отпирания составного транзистора 32, который отпирается и устанавливает напряжение на базе эмиттерного повторителя 62 не более

1,5 В. Происходит безыскровое запирания выходе ключа 64.

При включении стартера после появления первого же сигнала нуль на первом

выходе блока 1 конденсатор 35 блока 2 заряжается через диод 33, транзистор 32 запирается, разрешая нормальную работу силового ключа 7.

Блок 4 временной задержки осуществляет задержки переднего и заднего ронтов импульсов на втором выходе блока 1 (фиг.2в). Эти импульсы заряжают через диод 52 конденсатор 54, который разряжается через резистор53 после прекращения импульса (фиг.2д), задерживая задний фронт импульса на выход порогового элемента 5 (фиг.2ж). Передний фронт задерживается путем заряда конденсатора 51 через диод 49 и регулируемый резистор 50. Постоянная

времени указанной цепи определяет величину задержки момента зажигания (интервал на фиг,2ж). Когда напряжение на конденсаторе 51 достигает уровня порога переключения элемента 55 (момент t2 на

фиг.2е), на его выходе появляется единица, на выходе элемента 57 - нуль (фиг.2з). Силовой ключ 7 запирается, прерывая ток в первичной обмотке катушки зажигания. Между электродами свечи зажигания появляется искра. Одновременно с этим конденсатор 51 дозаряжается практически до уровня напряжения источника питания через диод 48 (фиг.2е). Когда после появления сигнала ноль на втором выходе блока 1

(момет т.3 на фиг 2в) напряжение на конденсаторе 54 становится ниже порога переключения элемента 55 (момент и на фиг.2д) на выходе этого элемента появляется нуль (фиг.2ж), Конденсатор 51 начинает разряжаться через диод 46 и резистор 47. На малых оборотах двигателя конденсатор 51 успевает полностью разрядиться до начала следующего такта, но начиная с некоторых оборотов, уже не успевает, Поэтому его заряд начинается не с нуля, а с некоторого остаточного напряжения, возрастающего с увеличением оборотов. При этом сокращается время его заряда до уровня переключения элемента 55, т.е. уменьшается задержка

момента зажигания октан-корректроа. Следовательно, в процессе набора оборотов двигателя задержка момента зажигания, заданная с помощью резистора 50, сначала остается неизменной, затем начинает плав5 но уменьшаться до полного исчезновения и далее отсутствует. Начало убирания задержки определяется постоянной времени R53C54, а интенсивность убирания в функции обортов - постоянной времени Р47С51.

Релаксационный генератор б при замкнутых контактах 12 выключателя не работает, так как элемент 56 блокирован сигналом нуль по входу 2, а элемент 57 используется как инвертор. Для перевода устройства в режим многократного искрообразования контакты 12 следует разомкнуть. При этом релаксационный генератор 6 будет блокироваться по входу 2 через диод 9 только во время пауз между импульсами на втором выходе блока 1 (фиг.2в) и начинать работу (фиг.2з) после окончания задержки (момент tz). Интервал работы генератора 6 (ta-ta) на малых оборотах двигателя не изменяется, а затем начинает сокращаться, ограничивая количество искр в каждом такте таким образом, чтобы последняя искра не появлялась после поворота ротора распределителя на угол 45°, что полностью исключает возможность появления обратных ударов и обеспечивает максимальное количество искр (фиг.2м). Для того, чтобы оптимизировать время накопления энергии в катушке зажигания и время, отводимое на горение дуги между электродами свечи, в режиме многократного искрообразования генератор 6 выполнен ассиметричным. Конденсатор 61 перезаряжается один раз через резистор 60, а другой благодаря диоду 58 - через параллельное соединение резисторов 59 и 60.

Режим аварийного зажигания вводится при выходе из строя датчика момента искрообразования и блока 1 путем размыкания контактов 12 и 13 и замыкания контакта 14. Через диод 10 и 11 на второй вход блока 3 и первый вход релаксационного генератора б подаются с выхода стабилизатора 8 сигналы единица, благодаря чему отключается функция разгрузки силового ключа 7 по току, а генератор 6 начинает работать с той же частотой, что и в режиме многократного искрообразования, но непрерывно, В этом режиме раздача импульсов зажигания производится непосредственно ротором распределителя системы зажигания.

Противоугонное устройство срабатывает при замыкании контактов 14 и 12, когда генератор 6 оказывается блокированным сигналом нуль по второму входу, и на его выходе устанавливается сигнал нуль, запирая транзисторы силового ключа.

Блок 3 разгрузки по току силового ключа 7 ограничивает время накопления энергии в катушке зажигания, т.е. время замкнутого состояния силового ключа. Для этого конденсатор 41 заряжается через параллельные резисторы 39 и 40 импульсами, поступающими с второго выхода блока 1 (фиг.2в) Разряд конденсатора после окончания действия этого импульса идет с большей постоянной времени, т к. диод 38 ока- зывается смещенным в обратном направлении, отключая сопротивление 39 5 (фиг 2и). Каждый следующий мипульс от блока 1 дифференцируется цепочкой R43C44, благодаря чему транзистор 37 получает короткий отпирающий импульс и, открываясь, обеспечивает полный разряд 10 конденсатор а 41. Поэтому он каждый раз начинает заряжаться с нуля, и максимальное напряжение заряда по мере увеличения числа оборотов уменьшается (фиг 2и) Сигнал на выходе элемента 2И-НЕ 36 15 (фиг.2к) получается в результате логического перемножения напряжения на конденсаторе 41 (фиг,2и) и сигнала на первом выходе блока 1 (фиг.2б). Этот сигнал через диод 45 управляет отпиранием силового

0 ключа 7. С другой стороны силовой ключ 7 управляется сигналами с выхода генератора 3 (фиг.2з). Следовательно, управление силовым ключом 7 осуществляется в результате логического перемножения этих

5 управляющих сигналов (фиг.Зл). При этом продолжительность включения силового ключа 7 существенно уменьшается. В режиме аварийного зажигания транзистор 37 открыт током, проходящим через кон0 такты 14 переключателя, диод 10, резистор 43. На выходе элемента 36 присутствует сигнал единица и блок 3 не препятствует непрерывному искрообразованию.

Предлагаемая система по сравнению с

5 известными, в качестве которых выбрана современная транзисторная система зажигания Искра-ГАЗ, обладает следующими преимуществами уменьшаются массогаба- ритные показатели за счет разгрузки по току

0 силового ключа примерно на 50-60% и соответственного уменьшения радиатора Если сохранить радиатор, как у базового объекта, то можно в два раза увеличить максимальный ток в катушке зажигания путем

5 уменьшения добавочного сопротивления без превышения величины среднего тока, т.е. почти в четыре раза увеличить энергию искрообразования. Расширение области применения, так как система может рабо0 тать практически с любыми датчиками момента зажигания.

По сравнению с ивзестной предлагаемая система реализует функцию октан-корректора, что существенно повышает срок

5 службы двигателя.

Повышаются надежность системы зажигания за счет реализации функции аварийного зажигания и срок службы двигателя за счет реализации функции офаничения максимальных оборотов.

Исключается возможность разряда аккумулятора из-за включенного зажигания при остановленном двигателе, повышается надежность и пожаробезопасность системы зажигания за счет реализации функции безыскрового отключения катушки зажигания при оставленном двигателе и расширяются функциональные возможности за счет реализации функции противоугонного устройства,

Формула изобретения 1. Транзисторная система зажигания, содержащая параметрический стабилизатор напряжения, входы которого подсоединены к первой и второй шинам питания, блок временной задержки, который имеет .первый и второй входы и первый и второй выходы, которые соединены, соответственно с первым и вторым входами порогового устройства, выход которого соединен с вторым входом блока временной задержки непосредственно и через первый резистор - с первым входом релаксационного генератора, выход которого связан с первым входом силового ключа, состоящего из соединенных последовательно двухкаскадного транзисторного предварительного усилителя, первый каскад которого выполнен на п-р-п транзисторе и первого составного транзи стора, коллектор которого образует выход системы, а также транзисторы с первого по седьмой, диоды, первый и второй конденсаторы с второго по девятый резисторы, отличающаяся тем, что, с целью снижения мощности источника питания за счет разгрузки по току силового транзисторного ключа, расширения области применения и расширения его функциональных возможностей, введены дополнительно блок формирования сигнала переменной скважности с тремя входами и двумя выходами, блок отключения катушки зажигания при остановленном двигателе, блок разгрузки по току силового ключа с тремя входами и одним выходом, выключатель и спаренный переключатель, силовой ключ снабжен вторым входом, первый, второй и третий входы блока формирования сигнала переменной скважности являются соответственно первым, вторым и третьим, входами системы зажигания к которым подключены соответственно выходы прерывателя магнитоэлектрического датчика и датчика Холла или оптического, первый выход блока формирования сигнала переменной скважности соединен с входом блока отключения кэг/шки зажигания при остановленном двигателе и с первым входом блока разгрузки по току силового ключа, второй вход соединен с первым входом блока временной задержки и вторым входом блока разгрузки по току силового ключа, выход которого соединен с вторым входом силового ключа и через

соединенные последовательно обратный первый диод и первый размыкающий контакт спаренного переключателя - с вторым входом релаксационного генератора, который соединен через размыкающий контакт

0 выключателя с общей шиной питания, выход блока отключения катушки зажигания при остановленном двигателе соединен с вторым входом силового ключа, катоды второго и третьего диодов соединены соответствен5 но с третьим входом блока разгрузки потоку силового ключа и с первым входом релаксационного генератора, а их аноды через замыкающий второй контакт спаренного переключателя, - с выходом параметриче0 ского стабилизатора напряжения и вторым входом блока отключения катушки зажигания при отключении двигателя.

0 резистор с общей шиной, а через первый конденсатор и четвертый резистор - с первым S-входом RS-триггера, второй вход блока формирвоания сигнала переменной скважности соединен с вторым S-входом

5 RS-триггера через последовательно соединенные четвертый диод и пятый резистор, точка соединения которых подключена к общей шине питания через шестой резистор, третий вход которого через инвертор и вто0 рой конденсатор соединен с третьим S-входом RS-триггера, который соединен с общей шиной питания через седьмой резистор, неинвертирующий выход RS-триггерз является вторым выходом блока формирования

5 сигнала переменной скважности, который соединен через восьмой резистор с его R- входом и через третий конденсатор - с общей шиной питания, а первый выход блока образован инвертирующим выходом RS0 триггера.

3 Система по п. 1,отличающаяся тем, что блок отключения катушки зажигания при остановленном двигателе выполнен на втором составном транзисторе типа

5 п-р-п коллектор которого является выходом блока, база которого подключена к входу блока и отключения катушки зажигания при отключенном двигателе и общей шине питания соответственно через пятый диод и четвертый конденсатор,

rt

4- i

I

г

V-Р -ГА-РХ-ГУГ

.ргк-. L

jj

j Л-j:

3 ЛШИГ

Л.

ХЛЛОЛ

4

If1;J||u

( I ( f П П

ГП Г

ПДШЕ

l-JIIl-JOJZU

ЗЛЛГЗЖПЛЕШ

LJZZHZ

JZDJl JOLEL

:дм1Ь„1гжолш1аоша1.

Фиё.2,