Универсальная тиристорная система зажигания Советский патент 1992 года по МПК F02P3/00 

Устройство относится к тиристорно- конденсаторным системам зажигания с не- прерывно-импульсным накоплением энергии для двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на транспортных средствах и энергетических устройствах с любыми типами катушек зажигания и датчиков момента зажигания.

Известна универсальная тиристорная система зажигания с непрерывным накоплением энергии содержащая блок согласования, блок функций, формирователь импульсов, преобразователь постоянного напряжения, накопительный конденсатор и электронный ключ, которая выбрана в качестве прототипа, как наиболее близкая по технической сущности предлагаемому устройству. Устройство - прототип совместно с любыми типами датчиков момента зажигания и катушек зажигания, реализует функции октан-корректора с плавным изменением времени задержки момента зажигания, многократного искрообразования с коррекцией числа искр в зависимости от оборотов двигателя, аварийного режима с непрерывным искрообразо- ванием, противоугонного устройства.

Недостатками прототипа являются низкая частота многократного искрообразования, малая длительность искрового разряда и снижение энергии искрообразования при

00

яяг

4 Јь Ч

запуске двигателя из-за снижения напряжения питания.

Целью предлагаемого изобретения является повышение частоты многократного искрообразования, увеличение длительно- сти искрового разряда и повышение энергии искрообразовэния во время запуска двигателя.

Для этого а универсальную тиристор- ную систему зажигания, содержащую соединенные последовательно блок согласования со входами, предназначенными для подключения к различным датчикам момента зажигания, блок функций, содержащий пороговое устройство, выполненное на последовательных логическом элементе 2И-НЕ и инверторе, релаксационный генератор, выполненный на двух последовательных двухвходовых логических элементах, первый вход первого из кото- рых связан с выходом порогового устройства, и времязадающих резисторе и конденсаторе, формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, а также пере- ключатель и преобразователь постоянного напряжения, полох ительный выходной вывод которого связан с минусом источника питания через последовательные накопительный конденсатор и первичную обмотку катушки зажигания, и через электронный ключ, введены дополнительно второй накопительный конденсатор, подключенный к выходным выводам преобразователя постоянного напряжения, токоограничива- ющий резистор, включенный между положительным выводом преобразователя постоянного напряжения и точкой соединения первого накопительного конденсатора и электронного ключа, обратный диод, катод которого подключен к точке соединения токоограничивающего резистора, первого накопительного конденсатора и электронного ключа, а диод - к минусу источника питания, а также второй электрон- ный ключ, соединяющий минус источника питания с отрицательным выходным выводом преобразователя постоянного напряжения, вход управления которого соединен с выходом блока функций, а вход питания - с положительным выходным выводом преобразователя постоянного напряжения. Второй электронный ключ выполнен на первом транзисторе п-р-п, коллектор которого подключен к минусу ис- точника питания, эмиттер - к отрицательно- .му выходному выводу преобразователя постоянного напряжения, а база соединена через первый резистор с выводом входа питания ключа и с его эмиттером, через переход коллектор-эмиттер транзистора п-р-п оптронной развязки, анод светодиода которой подключен через второй резистор к плюсу источника питания, а катод, через переход коллектор-эмиттер второго транзистора п-р-п, - с минусом источника питания и, через последовательные переход коллектор - база второго транзистора и третий резистор, - с выводом входа управления ключа. Релаксационный генератор выполнен на двухв ходовых. логических элементах 2ИЛИ-НЕ, первый вход первого из которых соединен со входным выводом генератора и с выходом порогового устройства через четвертый резистор с выходом второго элемента, первый вход которого подсоединен к минусу источника питания, - через диод и с минусом источника. - через первую пару замыкающих контактов переключателя, выполненного сдвоенным, а вторая пара размыкающих контактов подключена параллельно к пятому резистору, который включен последовательно с времязадающим резистором. Выходной вывод релаксационного генератора подключен ко второму выходу порогового устройства, образованному точкой соединения выхода элемента 2И-ЙЕ и входа инвертора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема системы зажигания; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие работу системы, где:

а)сигнал на выходе порогового устройства;

б)сигнал на выходе релаксационного генератора;

в)сигнал на выходе формирователя импульсов;

г)сигнал на коллекторе второго транзистора;

д)ток светодиода оптронной развязки;

е)напряжение на первом накопительном конденсаторе;

ж)напряжение на первичной обмотке катушки зажигания;

з)ток искрового разряда.

Система зажигания содержит соединенные последовательно блок 1 согласования, блок 2 функций с пороговым устройством 3 и релаксационным генератором 4, формирователь импульсов 5, а также преобразователь постоянного напряжения б, к выходным выводам которого подключен второй накопительный конденсатор 7. К положительному выходному выводу преобразователя 6 через токоограничивающий резистор 8 подключены котод обратного диода 9, один вывод первого электронного ключа 10, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов 5, и первый накопительный конденсатор 11, второй вывод которого соединен через первичную обмотку 12 катушки зажигания с минусом источника питания, к которому также подключены второй вывод первого электронного ключа 10, анод диода 9 и, через второй электронный ключ 13, отрицательный выходной вывод преобразователя 6. Второй электронный ключ выполнен в виде транзистора 14 типа n-p-п, база которого через первый резистор 15 подключена к выводу входа питания электронного ключа 14 и к его эмиттеру - через переход коллектор- эмиттер транзистора 16 оптронной развязки, анод светодиода 17 который через второй резистор 18 подключен к плюсу источника питания, а катод, через переход коллектор-эмиттер второго транзистора 19 типа n-p-п, - к минусу База транзистора 19 через третий резистор 20 подключена к выходу входа управления ключа 13. Релаксационный генератор 4 выполнен на первом 21 и втором 22 элементах 2ИЛИ-НЕ, Первый вход элемента 21 соединен через четвертый резистор 23 с выходом порогового устройства 3. через диод 24 - с выходом элемента 22 и, через первую пару замыкающих контактов 25 сдвоенного переключателя - с минусом источника питания. Первый вход элемента 22 подключен к минусу источника питания. Вторая пара размыкающих контактов 26 подключена параллельно пятому резистору 27, который включен последовательно с времяза- дающим резистором 28 генератора 4. Второй вход элемента 21 соединен с выходом элемента 22 через времязадающий конденсатор 29. Пороговое устройство имеет второй выход, образованный точкой соединения выхода элемента 30 2И-НЕГ и входа инвертора 31, подключенный к резистору 23.

Система зажигания работает следующим образом.

После включения питания на втором выходе порогового устройства 3 устанавливается сигнал высокого логического уровня, который через резистор 23 блокирует работу релаксационного генератора 4 по первому входу элемента 21 2ИЛИ-НЕ (контакты 25 разомкнуты), на выходе которого устанавливается сигнал низкого логического уровня. Транзистор 19 заперт, через светодиод 17 ток не течет, транзистор 16 оптронной развязки заперт, транзистор 14 электронного ключа 13 открыт базовым током, проходящим через резистор 15, а преобразователь 6 заряжает накопительные конденсаторы 7 и 11 до напряжения 400 В. После включения стартера, и во время работы двигателя в момент начала искрообразования, определяемый появле- 5 нием сигнала низкого логического уровня на втором выходе порогового устройства 3 (фиг.2,а) в блоке функций 2 начинает релаксационный генератор 4, на выходе которого, образованном выходом элемента

0 21 2ИЛИ-НЕ, появляется последовательность сигналов прямоугольной формы со скважностью 0,5 (фиг.2,6). Передние фронты этих сигналов тактируют работу формирователя импульсов 5, сигнал на выходе

5 которого (фиг.2,в) отпирает электронный ключ 10. Одновременно с этим открывается транзистор 19 (фиг.2,г), рбеспечиваю- щий прохождение тока управления оптронной развязки через светодиод 17

0 (фиг,2,д), после чего открывается транзистор 16, прерывающий поступление тока в базу транзистора 14, и запирающий электронный ключ 13. Поэтому работа преобразователя постоянного напряжения в

5 момент отпирания ключа 10 не срывается, т.к. в цепи разряда конденсатора 7 запирается один из последовательных ключей - 13. Конденсатор 11 разряжается через ключ 10 и первичную обмотку 12 ка0 тушкк зажигания, начиная цикл искрообразования. Под действием индуктивности катушки зажигания конденсатор 11 перезаряжается через обратный диод 9 и вноьь начинает разряжаться через ключ 10, на

5 управляющем входе которого сохраняется отпирающий сигнал от формирователя импульсов 5, длительность которого (фиг.2,в) выбрана такой, чтобы захватить начало второго разряда конденсатора 11. Таким обра0 зом в процессе разряда и перезаряда конденсатора 11 совершается два затухающих колебания. Частота релаксационного генератора 4, определяемая резистором 28 и конденсатором 29 (контакты 26 замкнуты)

5 выбрана такой, что сигнал высокого логического уровня на его выходе прекращается через два периода затухающих колебаний (фиг.2,6). К этому моменту ключ 10 запирается. После появления на

0 выходе релаксационного генератора 4 сигнала низкого логического уровня ток светодиода 17 прекращается и ключ 13 открывается. Поскольку емкость второго накопительного конденсатора 7 значительно

5 превышает емкость первого накопительного конденсатора 11, последний быстро доза- ряжается до напряжения преобразователя 6 через токоограничивающий резистор 8 (фиг.2,е). Поскольку ток заряда конденсатора 11 протекает через первичную обмотку

12 катушки зажигания, то он имеет апериодическую и синусоидальную со- ставляющие(фиг.2,з ), и поддерживает непрерывным искровой разряд в течение всего времени заряда. Сопротивление резистора 8 выбрано таким, чтобы ток искрового разряда не прерывался перед появлением очередного сигнала высокого логического уровня на выходе релаксационного генератора 4 (фиг.2,б), после чего ключ 13 снова запирается, а ключ 11 - открывается. Процесс колебательного разряда конденсатора 11 и его апериодического дозаряда повторяется, как описано выше, а искровой разряд не прекращается. Такой процесс продолжается в течение всего периода наличия сигнала низкого логического уровня на выходе порогового устройства 3 (фиг.2,а), т.е. практически во время всего рабочего хода поршня. Напряжение на первичной обмотке 12 катушки зажигания (фиг.2,ж) имеет оптимальную форму с точки зрения надежности и эффективности искрообразования, а также КПД системы и мощности преобразователя постоянного тока, т.к. характеризуется большими амплитудой и скоростью нарастания начальных импульсов напряжения, обеспечивающих нечувствительность системы к шунтированию искрового промежутка, а также большой длительностью искрового разряда, который продолжается не только во время колебательного разряда конденсатора 11, но и во время его дозаряда от конденсатора 7, причем, энергия от преобразователя постоянного напряжения потребляется не во все время искрового разряда, а в течение половцы этого времени. Эффективность искрообразования существенно возрастает благодаря высокой частоте повторения импульсов переменного напряжения с большой амплитудой и крутизной нарастания, которая достигается благодаря тому, что конденсатор 7 выполняет роль буфера, непрерывно накапливающего энергию и циклически передающего ее часть во время отпирания ключа 13 конденсатору 11. Поэтому в предлагаемом устройстве преобразователь б после первого такта искрообразова- ния не прекращает работу, как это происходит в устройстве - прототипе, и время остановки преобразователя и его запуска не входит в период повторения импульсов многократного искрообразования. Такой способ накопления энергии в предлагаемой тиристорно-конденсйтор- ной системе зажигания можно назвать непрерывно-импульсным, т.к. энергия в буферном конденсаторе 7 накапливается

непрерывно, а перекачивается в накопительный конденсатор 11 импульсно. Частота многократного искрообразования определяется сопротивлением резистора 8,

емкостью конденсатора 11 и индуктивностью первичной обмотки 12 катушки зажигания и выбрана такой, что, как видно из фиг,2,ж,з, сквозные токи (возникающие в случае одновременного открывания клю0 чей 10, 13) исключены благодаря такой синхронизации работы ключей 10, 13, когда ключ 13 отпирается после полного запирания ключа 10 в результате естественной коммутации. Эта синхронизация жестко

5 выдерживается в течение всего цикла многократного искрообразования, но могла бы быть нарушена в конце цикла, если сигнал высокого логического уровня появляется на выходе порогового устройства 3

0 (фиг.2,д) тогда, когда ключ 10 еще не заперт (эта ситуация показана на фиг.2), если бы не резистор 23 и диод 24. Благодаря им после появления сигнала высокого логического уровня на входе релаксационного генерато5 ра 4 элемент 21 не может переключиться сразу, а продолжает сохранять на выходе сигнал высокого логического уровня, т.к. на его первом входе поддерживается сигнал низкого логического уровня за счет падения

0 напряжения на резисторе 23, вызываемого протеканием тока через диод 24 и выход элемент 22, а на втором - такой же сигнал задерживается на время заряда конденсатора 27 через резистор 28 до высокого ло5 гического уровня, т.е. до нормального окончания такта работы релаксационного генератора (фиг.2,б). После окончания заряда конденсатора 29 элементы 21 и 22 переключаются, диод 24 запирается, кон0 денсатор 29 перезаряжается, а релаксационный генератор переходит в исходное состояние. Следовательно, в любом случае окончание цикла многократного искрообра- зовэния, определяемом, как и в устройстве

5 - прототипе, сигналом на выходе блока согласования 1, релаксационный генератор 4 не прзрывает начатый такт, и ключ 13 открывается только после запирания ключа 10. Скважность сигналов на выходе блока со0 гласования всегда несколько меньше 0,5. Поэтому цикл искрообразования продолжается практически в течение всего рабочего хода поршня, но меньше 45° угла поворота ротора распределителя, что пол5 ностыо исключает возможность возникновения обратных ударов. Для перевода системы зажигания в аварийный режим непрерывного искрообразования необхо- дигио переключить сдвоенный переключатель. При этом контакты 25 замыкаются, а

контакты 26-размыкаются. После соединения первого входа элемента 21с минусом источника питания генератор 4 начинает работать непрерывно. После размыкания контактов 26 последовательно с резистором 28 РВОДИТСЯ резистор 27, благодаря чему частота многократного искрообра- зования снижается до такого же уровня, как и в устройстве-прототипе, чтобы преобразователь 6 мог обеспечить достаточный уровень напряжения на вторичной обмотке 12 катушки зажигания.

Если емкость конденсатора 7 выбрана достаточно большой, при уменьшении напряжения источника питания из-за включения стартера во время запуска двигателя амплитуда импульсов напряжения на первичной обмотке 12 катушки зажигания сохраняется максимальной в течение нескольких секунд, что, благодаря высокой частоте многократного искрообразования, обеспечивает гарантированный запуск холодного двигателя при слабом аккумуляторе. Необходимо только после включения зажигания подождать несколько секунд, пока преобразователь 6 полностью зарядит конденсатор 7, а затем включать стартер. Если аккумулятор в состоянии прокрутить двигатель, то он заводится сразу, т.к. снижение напряжения при работе стартера от слабого аккумулятора на энергии искрообразования не отражается в течение нескольких секунд,

Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

1.Повышение частоты многократного искрообразования (частота затухающих колебаний до 10 кГц, а их повторение в течение цикла до 2 кГц) и увеличение длительности искрового разряда практически на все время рабочего хода поршня обеспечивают снижение расхода топлива и токсичности отработавших газов двигателя.

2.Гарантированный запуск холодного двигателя в условиях низких температур и при слабом аккумуляторе

Формула изобретения

1. Универсальная тиристорная система зажигания, содержащая соединенные последовательно блок согласования, первый, второй и третий входы которого являются входами для подключения к различным датчикам момента зажигания, блок функций с пороговым устройством, который выполнен на соединенных последовательно логическом элементе 2И-НЕ и инверторе, релаксационный генератор, который выполнен на

двух соединенных последовательно двух- входовых логических элементах, первый вход первого из которых связан с выходом порогового устройства блока функций, и

5 времязадающие резистор и конденсатор, формирователь импульсов, выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, а также переключатель и преоб- разователь постоянного напряжения.

0 положительный выходной вывод которого связан с минусом источника питания через соединенные последовательно первый накопительный конденсатор и первичную обмотку катушки зажигания, а также через

5 электронный ключ, отличающаяся тем, что, с целью повышения частоты многократного искрообразования, увеличения длительности искрового разряда и повышения энергии искрообразования во время запу0 ска двигателя, введены второй накопительный конденсатор, который соединен с выходным выводом преобразователя постоянного напряжения, токоограничивающий резистор, который включен между положи5 тельным выводом преобразователя постоянного напряжения и точкой соединения первого накопительного конденсатора и электронного ключа, обратный диод, катод которого подсоединен к этой же точке, а

0 анод - к минусу источника питания, а также второй электронный ключ, который включен между минусом источника питания и отрицательным выводом преобразователя постоянного напряжения, вход управления

5 которого соединен с выходом блока функций, а вход питания - с положительным вы- ходным выводом преобразователя постоянного напряжения.

2.Система зажигания по п.1, о т л и ч а- 0 ю щ а я с я тем, -то второй электронный

ключ выполнен на первом n-p-п транзисторе, коллектор которого подключен к минусу источника питания, эмиттер - к отрицательному выходному выводу преобразователя

5 постоянного напряжения, а база соединена через первый резистор с выводом входа питания второго ключа и сего эмиттером через переход коллектор-эмиттер n-p-п - транзистора оптронной развязки, анод светодио0 да которой соединен через второй резистор к плюсу источника питания, а катод через переход коллектор-эмиттер второго n-p-п - транзистора - с минусом источника питания и через последовательные переход коллек

5 тор-база второго транзистора и третий ре зистор - с выводом входа управлени второго ключа.

3.Система зажигания поп.1,отлича ю щ а я с я тем , что релаксационный гене ратор выполнен на элементах 21/ ЛИ-НЬ

первый вход первого из которых соединен с входным выводом генератора и с выходом порогового устройства через четвертый резистор, с выходом второго элемента 2ИЛИ-НЕ, первый вход которого подсоединен к минусу источника питания через диод и с минусом источника питания - через первую пару замыкающих контактов переключателя, который выполнен сдвоенным, а вторая пара размыкающих контактов подключена параллельно к пятому резистору, который включен последовательно с времязадающим резистором.

4. Система зажигания по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что входной вывод релаксационного генератора подключен к второму выходу порогового устройства, образованному точкой соединения выхода элемента

2И-НЕ и входа инвертора.

Использование: в тиристорно-конден- саторных системах зажигания с непрерывно-импульсным накоплением энергии для дви- , гателей внутреннего сгорания на транспортных средствах и энергетических установках с любыми типами катушек зажигания и датчиков момента зажигания. Сущность изобретения: включает блок согласования, блок функций, пороговое устройство, релаксационный генератор, формирователь импульсов, преобразователь, конденсаторы, резистор, диод, ключи, катушку. Особенностью изобретения является ведение второго накопительного конденсатора увеличенной емкости, от которого импульсно заряжается через токоограничивающий резистор и второй электронный ключ первый накопительный конденсатор, а также двух диодов, двух резисторов и исполнение переключателя сдвоенным, что позволяет повысить частоту многократного искрообразования, увеличить длительность искрового разряда почти на все время рабочего хода поршня и повысить энергию искрообразования во время запуска двигателя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. со

Ч3, i

| -0x5/«cj)

.2