БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Советский патент 1995 года по МПК F02P3/04 

Изобретение относится к электрооборудованию транспортных средств, в частности, к системам зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и предназначено для выработки и распределения тока высокого напряжения по свечам и воспламенения рабочей смеси в камерах сгорания.

Известна бесконтактная система зажигания для ДВС, содержащая основной и дополнительный датчики положения вала двигателя, дифференцирующую RС-цепь, формирователь постоянной скважности, блок регулирования времени накопления энергии, триггер, усилители мощности и устройство управления усилителями мощности, соединенными с основным и дополнительным датчиками.

Недостатком известной системы зажигания является сложность конструкции, низкая надежность и помехоустойчивость.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является бесконтактная система зажигания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая датчик положения вала двигателя с магнитным экраном, имеющим симметрично расположенные по окружности вырезы, дифференцирующую RC-цепь и блок регулирования времени накопления энергии, первый вход которого связан с первым выходом формирователя постоянной скважности, а выход соединен с первым входом усилителя мощности, к выходам которого подсоединены выводы первичных обмоток катушек зажигания. Система снабжена интегратором, к входу которого подключен датчик положения вала, и компаратором, к первому входу которого подключен выход интегратора, а выходы компаратора подключены к входам усилителя мощности, при этом датчик, число вырезов в экране которого равно числу цилиндров двигателя, подключен к выходу формирователя постоянной скважности, а упомянутый формирователь своим вторым выходом через дифференцирующую RC-цепь подключен к второму входу блока регулирования времени накопления энергии и ко второму входу компаратора.

Недостатками известной системы зажигания являются недостаточная точность при разделении каналов (асинхронизм по каналам) и увеличенное количество аппаратных средств. Источниками неточного воспроизведения момента зажигания могут являться: дополнительный интегратор (как элемент задержки), недостаточная жесткость магнитного экрана для управления датчика Холла, а также трудность точного поддержания соотношения вырезов в экране в пределах +1^о. Для компенсации этих неточностей приходится дополнительно использовать одну микросхему (два операционных усилителя), а также набор пассивных элементов резисторов и конденсаторов.

Целью изобретения является повышение точности момента искрообразования при одновременном упрощении конструкции.

Эта цель достигается тем, что бесконтактная система зажигания для двигателя внутреннего сгорания содержания, содержащая датчик положения вала двигателя с магнитным экраном, имеющим симметрично расположенные по окружности вырезы, дифференцирующую RC-цепь и блок регулирования времени накопления энергии, первый вход которого связан с выходом формирователя постоянной скважности, а выход соединен с первым входом усилителя мощности, к выходам которого подсоединены выводы первичных обмоток катушек зажигания, снабжена инвертирующим блоком, к входу которого подключен датчик положения вала, а первый и второй выходы подключены к второму и третьему выходам усилителя мощности, при этом один из упомянутых выходов инвертирующего блока подключен к входу формирователя постоянной скважности и через RC-цепь к второму входу блока регулирования времени накопления энергии, а число вырезов в экране датчика равно числу пар цилиндров.

При таком выполнении системы имеется только одна сигнальная цепь от датчика положения вала, сигнал от которого при прохождении через инвертирующий блок не имеет фазовых сдвигов. Этот же сигнал, проходя через формирователь постоянной скважности, используется для формирования времени накопления энергии в первичных обмотках катушек зажигания. Моменты искрообразования определяются передней и задней кромками лопастей экрана, имеющих одинаковый угловой размер (180^о). Вся схема коммутатора собрана на одном счетверенном операционном усилителе.

Следствием этого является повышение точности момента искрообразования при одновременном упрощении конструкции.

Авторам и заявителю не известны технические решения, имеющие признаки, общие с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа.

На фиг. 1 показана структурная схема бесконтактной системы зажигания (в данном примере выполнения для 4-цилиндрового двигателя); на фиг. 2 ее принципиальная электрическая схема; на фиг. 3 диаграмма работы системы зажигания; на фиг. 4 развертка магнитного экрана датчика положения вала ДВС.

Бесконтактная система зажигания содержит датчик 1 положения вала ДВС, с прямоугольной формой импульсов выходного сигнала, включенный между первой и второй шинами питания. В качестве датчика может быть использован, например, как и в прототипе, микропереключатель на эффекте Холла, имеющий ротор, выполненный в виде цилиндрического или плоского магнитного экрана 2, механически связанного с валом двигателя и имеющего симметрично расположенные по окружности вырезы. Для 4-цилиндрового двигателя экран имеет два одинаковых выреза, угловая протяженность которых равна 180^о (фиг. 4). Управление катушками 3 и 4 зажигания осуществляет коммутатор 5, включающий формирователь 6 сигнала постоянной скважности, блок 7 регулирования времени накопления энергии в первичных обмотках катушек зажигания, усилитель мощности 8, блок 9 распределения искрообразования: включающий инвертор 10, а также источник опорного напряжения 11. Первый вход блока 7 связан с выходом формирователя 6, а выход блока 7 соединен с первым входом усилителя мощности 8. Выходы усилителя мощности 8 соединены с первыми выводами первичных обмоток катушек 3 и 4 зажигания, вторые выводы которых соединены с первой шиной питания. Вторичные обмотки катушек зажигания соединены непосредственно со свечами (не показаны), причем порядок соединения для 4-цилиндровых двигателей следующий: катушка 3 соединена со свечами 1-го и 3-го цилиндров ДВС, катушка 4 со свечами 2-го и 4-го цилиндров ДВС. Выход датчика 1 подключен к входу инвертирующего блока 10, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему выходам усилителя мощности 8. При этом один из упомянутых выходов блока 10 соединен с входом дифференцирующей RC-цепи 12 входом формирователя 6, а выход цепи 12 подключен к второму входу блока 7. Следовательно, упомянутый выход блока 10 через дифференцирующую цепь 12 подключен к входам формирователя 6 и блока регулирования времени накопления энергии 7. С третьим входом блока 7 связан источник опорного напряжения, подключенный к источнику питания.

Формирователь 6 постоянной скважности (фиг. 2) выполнен в виде элемента И-НЕ на транзисторе 13 и резисторах 14, 15, 16 и инвертирующем каскаде на транзисторе 17 и резисторе 18, а также компараторе на операционном усилителе 19 и резисторах 20, 21, 22. Блок 7 регулирования времени накопления (протекания тока) включает первый интегратор, выполненный на операционном усилителе 23, конденсаторе 24, зарядном резисторе 26 с элементом сброса на транзисторе 26 и дифференцирующей RC-цепочке 12 на элементах 27, 28, 29, второй интегратор, выполненный на операционном усилителе 30, конденсаторе 31 и резисторах разряда 32 и заряда 33, основной компаратор, выполненный на операционном усилителе 34 и резисторах 35, 36, 37, 38. Усилитель 8 мощности с выходными транзисторами 39 и 40 включает каскад с общим эмиттером на транзисторе 41 и резисторах 42, 43, а также ключами управления на транзисторах 44, 45 и резисторах 46, 47; блок 9 распределения искрообразования содержит инвертирующий блок 10, выполненный на двух транзисторах 48 и 49 с резисторами 50, 51, 52, 53.

Источник 11 опорного напряжения выполнен в виде параметрического стабилизатора на резисторе 54 и стабилитроне 55. Первичные обмотки катушек 3 и 4 зажигания включены между первой и второй шинами питания через переход коллектор эмиттер выходных транзисторов 32 и 40.

Система зажигания работает следующим образом.

При вращении вала двигателя на выходе датчика 1 формируется периодический сигнал в виде прямоугольных импульсов постоянной скважности, равной 2, длительность которых определяется размерами прорези и лопасти магнитного экрана 2 и пропорциональна частоте вращения вала ДВС.

При этом момент t₃ (рис. 3) определяет момент выключения тока, текущего через первичную обмотку катушек 3 и 4 зажигания, что соответствует искрообразованию в цилиндрах двигателя, а момент t₂ соответствует моменту включения выходных транзисторов усилителя 8 мощности, момент включения вводится с задержкой благодаря блоку 7 регулирования времени протекания тока (I_p3; I_p4).

В момент t_o (фиг. 3) при подаче на вход коммутатора 5 сигнала датчика 1, на выходах блока распределения искрообразования 9 и инверторах 10 формируются неинвертированный и инвертированный сигналы датчика, которые управляют соответственно формирователем 6 постоянной скважности, а также включением и выключением каналов усилителя 8 мощности. На выходе формирователя 6 постоянной скважности формируется периодический сигнал в виде прямоугольных импульсов со скважностью равной 4.5, управляющий соответственно разрядом и зарядом второго и первого интеграторов блока 7 регулирования времени протекания тока.

В момент t₁ заряд первого интегратора блока 7 достигает максимального значения и удерживается до момента t₃, а на выходе второго интегратора сигнал линейно нарастает.

В момент t₂ происходит сравнение сигналов первого и второго интеграторов, опорного напряжения блока 11 и сигнала формирователя 6, на входах основного компаратора блока 7 регулирования времени протекания тока и на его выходе появляется единичный сигнал, который усиливается в данном случае в первом канале усилителя 8 и включает катушку зажигания 4. Через первичную обмотку катушки 4 начинает протекать ток. В момент t₃ происходит сброс сигнала первого интегратора блока 7 регулирования протекания тока по сигналу с блока 9 распределения момента искрообразования, сигнал при этом дифференцируется RC-цепочкой 12. На выходе блока 7 регулирования протекания тока появляется нулевой уровень сигнала, происходит отсечка тока в первичной обмотке катушки 4 зажигания момент искрообразования.

На выходе блока 9 распределения искрообразования в момент t₃ появляется единичный сигнал (V₁), блокирующий работу пеpвого канала (катушку 4 зажигания) и разрешающий работу второму каналу искрообразования (катушка 3 зажигания). Рассмотренные процессы образования времени накопления и искрообразования повторяются в каждом цикле зажигания.

Работа электрической схемы системы зажигания (фиг. 2) происходит следующим образом.

При подаче на вход транзистора 48 блока 9 через резистор 50 сигнала датчика 1, последний инвертируется и подается на транзистор 49 через резистор 52 и неинвертирующий вход операционного усилителя 19 через резистор 21 (вход блока 6 формирователя постоянной скважности), а также на вход транзистора 43 элемента И-НЕ, сюда же подается сигнал через резистор 15 с выхода компаратора 19. При этом на коллекторном выводе транзистора 13 формируется высокий потенциал. Одновременно на коллекторе транзистора 17 формируется низкий потенциал. Таким обpазом, на инвертирующий вход операционного усилителя 30 второго интегратора через резистор 32 подается высокий потенциал, а на его неинвертирующий вход через резистор 33 низкий потенциал. В результате конденсатор 31 разряжается и на выходе формируется линейно убывающий сигнал, который через резистор 20 подается на инвертирующий вход операционного усилителя 19 компаратора формирователя 6 и через резистор 35 на инвертирующий вход операционного усилителя 34, куда подается также через резистор 37 опорное напряжение со стабилитрона 55. В интервале t₁-t₃ на инвертирующий вход усилителя 30 подается низкий потенциал, а на его неинвертирующий вход высокий. В результате на выходе усилителя 30 формируется линейно нарастающий сигнал, достигающий максимального значения в момент t₃.

Следовательно, в каждом цикле зажигания на выходе усилителя 30 формируется сигнал с треугольной формой импульса, а на коллекторе транзистора 13 (и соответственно 17) формируется сигнал прямоугольной формы постоянной скважности, величина которой определяется соотношением постоянных времени заряда и разряда конденсатора 31 интегратора 30. Одновременно сигнал с выхода формирователя 6 постоянной скважности используется для управления первым интегратором на операционном усилителе 23 через зарядный резистор 25, в момент t₁ напряжение на первом интеграторе достигает максимального значения и запоминается в интервале t₁-t₃.

В момент t₃ дифференцирующая RC-цепочка на элементах 27, 28, 29 вырабатывает короткие импульсы напряжения (V₁₂), которые отпирают транзистор 26, коллекторно-эмиттерный переход которого включен параллельно конденсатору 24. Выход усилителя 23 при этом сбрасывается в нулевое состояние.

Сигнал усилителя 23 через резистор 36 поступает на неинвертирующий вход основного компаратора 34 и сравнивается с суммой сигналов усилителя 30 и источника 11.

В момент t₂ при равенстве сигналов на входах усилителя 23, на его выходе устанавливается низкий потенциал, который поддерживается до момента t₃. Этот сигнал поступает на базу транзистора 41. При этом транзистор 41 заперт, а транзистор 40 открыт, и через обмотку катушки 4 зажигания протекает ток. При этом транзистор 44 открыт, т.к. на его базу подается сигнал высокого уровня с инвертора 48 блока 9 и соответственно закрыт транзистор 39 блока усилителя 8.

В момент t₃ сигнал блока 9 распределения момента искрообразования через транзистор 45 выключает транзистор 40 и включает второй канал усилителя 8 (соответственно запирается транзистор 44).

Рассмотренные процессы периодически повторяются в каждом цикле зажигания, в результате чего в катушках 3 и 4 зажигания периодически создаются импульсы тока длительностью t₄, не зависящие от скважности входного сигнала датчика 1. Сигнал датчика 1, обработанный в блоке 9 напрямую используется для поочередного управления каналами искрообразования без фазовых сдвигов момента искрообразования (т.е. асинхронизма искрообразования).

Кроме того, достигается сокращение аппаратурных средств и, как следствие, повышение надежности и помехоустойчивости всей системы зажигания.

Изобретение относится к системам зажигания ДВС. Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания содержит датчик положения вала 1 дифференцирующую цепь 12, блок регулирования времени накопления энергии 7, формирователь постоянной скважности 6 и усилитель мощности 8, катушки зажигания, инвертирующий блок 10, число вырезов в экране равно числу пар цилиндров. 4 ил.

БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая датчик положения вала ДВС с магнитным экраном, имеющим симметрично расположенные по окружности вырезы, дифференцирующую RC-цепь и блок регулирования времени накопления энергии, первый вход которого связан с выходом формирователя постоянной скважности, второй вход с RC-цепью, а выход соединен с первым входом усилителя мощности, к выходам которого подсоединены выводы первичных обмоток катушек зажигания, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности момента искрообразования при одновременном упрощении конструкции, в нее введен инвертирующий блок, к входу которого подключен датчик положения вала, а первый и второй выходы подключены к второму и третьему входам усилителя мощности, при этом первый выход инвертитующего блока соединен с входом формирователя постоянной скважности и входом дифференцирующей RC-цепи, а число вырезов в экране датчика равна числу пар цилиндров.