Бесконтактная система зажигания Советский патент 1978 года по МПК F02P5/08 

Изобретение касается электрооборудования автомобилей, в частности относится к системам зажигания с электронным регулированием момента искрообразования. Известны системы зажигания с электронным регулированием момента искрообразования 1 . Известные системы зажигания не обеснечивают требуемой точности момента искрообразования и требуемого поведения момента искрообразования в функнии нескольких параметров. Известна также система зажигания, которая обеспечивает большую точность момента искрообразования и возможность управления моментом искрообразования по нескольким параметрам двигателя 2. Однако такая система зажигания довольно сложна. Предложенная система зажигания более простая и надежная с электронным регулированием угла опережения зажигания. Это достигается тем, что система зажигания снабжена дополнительным источником импульсов угла поворота вала двигателя, соединенным с компаратором посредством бистабильной схемы. На фиг. 1 изображена силовая часть блокс.хемы систе.мы зажигания и элементы ввода информации о параметрах двигателя (угол пово)ота коленчатого вала, начальный момент искрообразования, опти.мальный .момент искрообразования и др.); на фиг. 2, являющейся частью фиг. 1, показаны элементы ввода информации о нагрузке и скорости двигателя, а также блок па.мяти; на фиг. 3 и 4 изображена конструктивная схема датчика и.мпульсов угла поворота и опорного импульса; на фиг. 5 показан вариант выполнения силовой части систе.мы зажигания на тиристоре. Бесконтактная система зажигания включает высоковольтный трансформатор 1, вторичная обмотка которого соединена со свеча.ми 2 двигателя через распределитель 3, а первичная об.мотка 4 соединяется с аккумуляторной батареей 5 через участок коллектор-эмиттер транзистора 6. Указанные элементы образуют силовую часть систе.мь зажигания. Момент, в который происходит выключение транзистора 6, соответствует углу установки опережения зажигания, замеренному относнтель.чо исходного положения коленчатого ва.ла двигателя. Время, в течение которого транзистор 6 остается выключенным, является регулируемым,; за счет установления момента, в который транз11стор снова включается. Управление продолжительностью

времени, выключенного еостояния транзисторов 6 (в дальнейшем эта продолжительность будет характеризоваться как угол управления) необходимо для того, чтобы обеспечить достаточную величину тока в первичной обмотке 4 трансформатора к;моменту выключения транзистора 6 с целью обеспечения требуемой величины импульса вторичного напряжения. Кроме того, путем изменения угла управления может быть сокращена продолжительность искры, если транзистор 6 снова включится, когда искра продолжается.

Управление транзистором 6, который может быть любым другим полупроводниковым устройством, осуществляется.бистабильной схемой 7. Когда бистабильная схема находится в своем первом состоянии, на вход транзистора 6 поступает ток базы, и транзистор включен. Когда бистабильная схема 7 находится во втором состоянии, транзистор 6 не получает ток базы И выключен.

Для установления требуемого исходного положения коленчатого вала предусмотрен диск 8 (фиг. 3 и 4), приводящийся в действие коленчатым валом двигателя. Примем, например, что двигатель является двухцилиндровым, и одна искра создается за один оборот коленчатого вала. Диск разделен на 360 секторов, каждый из которых стягивается дугой в 1 градус, а 359 этих секторов снабжены радиально идущими прорезями 9, расположенными по периферии секторов. У последнего сектора отсутствует периферийная прорезь, но он снабжен радиальной базовой прорезью 10, расположенной радиально внутрь от периферии. Прорези располагаются на равном угловом расстоянии друг от друга. Количество прорезей 10 равно числу искр, которые должны создаваться за один оборот коленчатого вала двигателя. В данном случае показана одна прорезь. С диском взаимодействует устройство, вырабатывающее импульсы.

Такое устройство (фиг. 4), например, может содержать два источника света 11 и 12 и взаимодействующие с ними приемники света 13 и 14 соответственно. При этом источник 11 и приемник 13 располагаются с противоположных сторон прорезей 9, а источник 12 и приемник 14 устанавливаются соосно с прорезью 10. Каждый раз, когда прорезь проходит между одним из источников и взаимодействующим с ним приемником, последний получает входной сигнал. При этом приемники 13 и 14 соединены с двумя формирователями 15 и 16 импульсов соответственно так, что каждый формирователь вырабатывает импульс каждый раз тогда, когда одна из прорезей 9 или 10 пропускает свет на соответствующий приемник 13 и 14. Таким образом, в двухцилиндровом двигателе формирователь 16 вырабатывает один импульс при каждом обороте диска 8, а после этого импульса формирователь 15 подает 359 импульсов, затем весь цикл повторяется и т. д. Диск устанавливается по отношению к коленчатому валу двигателя так, что формирователь 16 импульсов подает выходной импульс в некоторый подходящий момент, например за 40-60° угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (базовое положение).

Система зажигания (фиг. 1) содержит компаратор, выполненный в виде двоичного счетчика 17, на который поступают пять бит под контролем переключателя 18 или из пяти линий 19д-19,2 или из пяти линий 20,-j-20g. Способ поступления информации на линиях 19 и 20 будет подробно описан ниже. Двоичный сигнал на линиях 19д-19цпредставляет собой требуемый

угол установки опережения зажигания (по отношению к базовому положению), а сигнал на линиях 20д-20 представляет собой угол управления. В начале цикла фор.мирователь 16 подает выходной и.мпульс, который поступает на схему ИЛИ 21, вырабатывающую выходной сигнал, идущий на счетчик 17 для его соединения с переключателем 18. Переключатель 18 соединен с линиями Ш,- 19g так, что счетчик 17 принимает сигналы с линий 19 и накапливает их. Одновременно с этим формирователь 16 устанавливает бистабильную схему 22 в ее первое состояние, в котором она создает выходной сигнал, поступающий на вентиль 23, соединенный с формирователем 15 импульсов. Теперь формирователь 15 питает счетчик 17. На этой стадии транзистор 6 проводим. Конец импульса формирователя 16 включает бистабильную схему 24, которая, в свою очередь, устанавливает переключатель 18 так, что его выход соединяется с линиями .

Счетчик 17 содержит двоичный сигнал,

представляющий собой требуемый угол установки опережения зажигания, плюс номинальный счет, накопленный в счетчике 17 (обычно ноль). Каждый импульс, поступающий от формирователя 15, подсчитывается счетчиком 17 до тех пор, пока счетчик 17 не достигнет своего

номинального счета. Как только это достигается, счетчик 17 подает выходной импульс. Передний фронт этого импульса поступает на схему ИЛИ 21. Это приводит к образованию входного сигнала на счетчике 17, вызывающего

перенагрузку счетчика 17 через переключатель 18 информацией с линий 20(-,-20g. Задний фронт этого же и.мпульса включает бистабильную схему 7, которая подает выходной сигнал на транзистор 6 с целью его выключения и создания искры. Выходные данные бистабильной схемы 7 поступают также на бистабильную схему 24 и переводят ее в состояние, при котором выход переключателя 18 снова соединяется с линиями 9g-19g.Дополнительный выходной сигнал бистабильной схемы 7 поступает на схему И 25, в результате чего следующие выходные импульсы от счетчика 17 могут проходить к бистабильной схеме 22. Формирователь 15 продолжает подавать импульсы на счетчик 17 пока тот не достигнет своего поминального счета. После этого счетчик 17 подает второй выходной импульс. Передний фронт этого импульса поступает на схему ИЛИ 21, которая подает входной сигнал на счетчик 17, заставляя его повторно нагружаться информацией с линий 19о|-19g. Выходной импульс от счетчика 17 также проходит через теперь открытый вентиль схемы И 25 к бистабильной схеме 22, в

езультате чего вентиль 23 блокирован. Задний ронт выходного импульса счетчика 17 вклюает бистабильную схему 7, а с нею вместе ранзистор 6. Изменение состояния бистабильой схемы 7 не влияет на бистабильную схему 4. Изменение выходного сигнала бистабильной хемы 22 приводит к повторному закрытию хемы И 25. Теперь система находится в своем ервоначальном положении, при котором транистор 6 обладает проводимостью, а счетчик 17 больше не получает импульсов от формироателя Ь). Поступление следующего импульса т формирователя 16 возобновляет цикл.

Когда транзистор 6 снова включен под действием второго выходного сигнала от счетчика 17, схема ИЛИ 21 вынуждает счетчик 17 снова нагружаться информацией с линий 19. Счетчик 17 нагружается снова, когда формирователь 16 подает выходной импульс, благодаря его соединению со схемой ИЛИ 21. Предварительное нагружение счетчика 17 с помощью второго выходного импульса от счетчика 17 является необязательным, хотя и возможным. Если нужно, то цепь может быть выполнена так, что схема ИЛИ 21 функционирует только от первого выходного импульса счетчика 17.

Из вышесказанного очевидно, что угол опережения зажигания регулируется в соответствии с сигналом на линиях 19, тогда как угол управления регулируется в зависимости от сигнала на линиях 20.

Ниже будет описан способ возникновения сигнала на линиях 19.

Преобразователь (фиг. 2) 26 выдает щесть бит, представляющих собой или разряжение в патрубке двигателя или положение дроссельной заслонки. Выходной импульс от преобразователя 26 поступает на сумматор 27, с которого три наиболее важных цифровых импульса подаются на дещифратор 28, вырабатывающий сигнал на одной из восьми линий ). Другой преобразователь 30 подает щестибитовый сигнал, представляющий собой скорость двигателя, поступающий на сумматор 31, три наиболее значащие цифры которого подаются на дешифратор 32, подключающий одну из восьми линий 33q-33).|. Линии 33 взаимодействуют с переключающим устройством 34, имеющим восемь переключателей с 34 по 34ь соответственно, причем линии 29 и 33 и переключатели 34 а - h образуют часть блока памяти 35 с пятью выходными линия.ми Збд,-36g. Устройство выполнено таким образом, что каждая из линий 33, когда она включена, служит для приведения в действие соответствующего переключателя 34, который, в свою очередь, соединяет одну из восьми линий 37q-37j, с выходными линиями 36g. Каждый комплект линий 37 состоит из пяти линий, соединяющихся с линиями соответственно, когда соответствующий переключатель 34 замкнут, и каждая линия 29 соединяется с определенными линиями 37 через диоды, Нежду двумя первыми комплектами линий 37 и 37 н линиями 29 показаны точечные соединения, представляющие собой диоды. Показанные соединения являются произвольными и определяются для каждого двигателя в отдельности в соответствии с требуемыми характеристиками распределения. Предположим, что параметр, установленный преобразователем 30, имеет такую величину, при которой линия 33 включена, тогда переключатель 34 замыкается, соединяя комплект линий 37 с выходными линиями 36Q-Збц соответственно. Если соединение обозначить 1, а нет соединения О, то, если параметр, установленный преобразователем 26, имеет величину такую, при которой по

линии 29о,проходит ток, сигнал, появляющийся на выходной линии 36 составит 10000. Если параметр, установленный или определенный преобразователем 26, изменяется, в результате чего ток проходит по линиям 29,-29, при этом

, по линии ЗЗд по-прежнему проходит ток, то сигнал на линиях 36 будет последовательно представлять 00 100, 01001. 01100, ЮШО, 100JO, 11111 и 01000. Таким образом, блок памяти 35 подает выходной сигнал на линии 36, который заранее обусловлен для величин двух параметров, установленных в любой заданный момент.

Элемент 38 является дещифратором, соединяющи.мся с тремя менее значащими цифрами второго комплекта вводов к каждому из сумматоров 27 и 31 и сам получает сигнал от счетчика 39, на который импульсы поступают от часового устройства 40. Допустим, что параметры, установленные преобразователями 26 и 30, постоянные, а показание счетчика 39 равно О, тогда счетчик 39 получает импульсы от источника

0 (40) и действует через дещифратор 38 с целью изменения трех .менее значащих цифр, поданных на сумматоры 27 и 31. Хотя на фиг. 2 показаны простые соединения, в действительности устройство таково, что дещифратор 38 работает с циклом в шестнадцать импульсов и, в свою

5 очередь, добавляет на сумматор 27 следующие номера в цифровом выражении: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1. Одновременно с этим следующие номера в цифровом выражении добавляются сумматору 31: 5, б, 7, 8, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 1, 2, 3, 4.

Это явление, известное как интерполяция, может быть, а может и не быть для изменения трех более значащих цифр, проходящих от сумматора 27 и 31 к дещифраторам 28 и 32 в зависимости от конкретных величин трех менее

значащих цифр, идущих от преобразователей 26 и 30 в любой данный момент. Принимая постоянными величины для двух параметров, установленных с помощью преобразователей 26 и 30, линии Збд-36jj представляют щестнадцать последовательных ко.мплектов информа° ции в цикл. Такой способ дает возможность блоку памяти 35 выдавать более точную инфор мацию.

Линии Збд-Збд обеспечивают поступление информации к сумматору 41, от которого, в

S свою очередь, информация подается на сумматор 42, выходной сигнал которого идет на сумматор 43, соединенный с линиями . Выходной сигнал сумматора 42 поступает обратно на вход сумматора 41. Часовое устройство 40 подает входной импульс на вентиль 44,

0 выходной си|-нал которого поступает на делительный счетчик 45, выход которого соединен с логическим блоком 46, получаюищм входной импульс от формирователя 15.

Так как выход блока памяти 35 изменяется для определенных величин входных параметров

шестнадцать раз в цикл, то очевидно, что часовое устройство 40 каждый раз, как оно полает импульс,- вынуждает вентиль 44 подавать сигнал на сумматор 42 в результаге чего последнир1 считывает .выходной сигнал сумматора 41. При следующем поступлепии импульса от устройства 40 операция повторяется, но теперь сумматор 42 получает сумму сигналов, поступающих на сумматор 41 с линии 36, а также предыдущее показание сумматора 42, явивщееся сигнало.м, ранее поступающим на сумматор 41 с линий 36. Таким образом, сумматор 42 постепенно наращивает сигнал, представляющий сумму W сигналов, подаваемых на линии 36, где W увеличивается постепенно с одного до шестнадцати.

Этот сигнал будет увеличиваться так, что выходной сигнал от сумматора 42 должен будет подаваться по девяти выходным линиям. Пять наиболее значащих из них соединяются с сумматором 43, обеспечивая тем самым среднее показание, равное шестнадцати.

Пять наиболее значащих бит от сумматора 42 непрерывно поступают на сумматор 43, который не пропускает их непрерьшно на линии 19. Когда шестнадцать импульсов пройдет через вентиль 44, счетчик 45 подает выходной сигнал на логический блок 46, от которого, в свою очередь, поступает выходной сигнал, запирающий вентиль 44. Теперь логический блок 46 остается в обусловленном состоянии, не принимая никакого участия в работе, пока не будет получен следующий импульс от формирователя 15. При получении импульса от формирователя 15 логический блок 46 подает выходной сигнал на сумматор 43 для его запоминания и передачи на линии 19д-19g. При получении второго импульса, от формирователя 15 логический блок 46 подает сигнал на сумматор 42, чтобы очистить память. Когда от формирователя

15поступает-.третий импульс, то логическая схема подает, сигнал на вентиль 44 для его отрицания, в результате чего часовое устройство 40 возобновляет цим работы.

Выбор данных из блЬкапамяти 35 может происходить очень быст-ро, а информация в линиях 19„-19g может обновляться между импульсами от формирователя 16 больщое число раз. Правда, обновленная информация не всегда используется, но когда формирователь

16подает импульс, то последняя имеющаяся информация содержится на линиях 19д-19„.

Полезная особенность описанного устройства заключается в том, что информация не может быть передана на линии 19 в неподходящий момент, т. е. когда формирователь 16 только что подал выходной импульс. Причина этого кроется в том, что логический блок 46 приводится в действие от .импульсов формирователя 15. В результате этого при отсутствии импуль.сов формирователя 15, когда импульс подается формирователем 16, передачи информации от

сумматора 43 на линии 19 не будет, пока не поступит первый импульс следующего цикла от формироват.еля 15.

Подача информации на линии 20 может производиться совершенно так же, как и на линии 19. Следовательно, выходная информация от дешифраторов 28 и 32 может поступать на другой блок памяти, аналогичный ранее описанному, но отличающийся другими соединениями, чтобы отвечать требованиям угла управления. Выходная информация от этого блока памяти будет поступать через устройство, аналогичное тому, которое было описано при рассмотрении узлов 41-46.

На фиг. 5 приведен вариант выполнения силовой части системы зажигания (см. фиг. 1) с использованием тиристора, разряжающего конденсатор на первичную обмотку трансфор.матора зажигания. На фиг. 5 показана бистабильная схема 7 и при этом нужно отметить, что Q теперь транзистор 6 получает ток базы, когда бистабильная схема 7 находится во втором состоянии. Следодательно, транзистор 6-теперь открыт при образовании искры, а не-закрыт, как на фиг. 1.-:.

Когда транзистор 6 открыт, обмотка-47 заряжается. После того, как транзистор 6 закрывается, энергия обмотки 4, передается через диод 48 на конденсатор х9. Когда транзистор 6 снова открывается, сигнал от обмотки 50 открывает тиристор 51, благодаря этому копден0 сатор 49 разряжается через обмотку 52 трансформатора зажигания и тиристор может создать необходимую искру. В обмотке 48 снова накапливается энергия, и цикл повторяется.

В схеме на фиг. 5 период включения транзистора 6 должен быть таким, при котором накопление необходимой энергии в обмотке 48, и этот период подбирается. Следовательно, на фиг. 1 транзистор 6 должен находиться в открытом положении достаточно долго до появления искры, чтобы накопить требуемое количесто во энергии. На фиг. 5 транзистор 6 открыт, когда создается искра,.и должен оставаться открытым долгое время, чтобы накопить необходимую энергию.

Формула изобретения

Бесконтактная система зажигания с электронным регулированием угла опережения зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая катушку зажигания, ключевой элемент, управляющий током в первичной обмотке катушки зажигания, логическую схему для получения цифрового сигнала, изменяющегося в зависимости от параметров двигателя, компаратор, управляющий работой ключевого элемента, на который подаются цифровые сигналы и импульсы от основного источника угла - положения коленчатого вала, отличающаяся , что, с целью упрощения и увеличения надежности, она снабжена дополнительным ис.точнико.м импульсов, представляющих значение

угла поворота вала дври ателя, соединенным с компаратором через бистабильную схему.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Патент США, кл. i23-117, Л 3277875 1966.

2. Патент ФРГ, кл. 46 к 3/00, 1917389 1971.

/Jl-1/5;

I2.

/

8

Фиг.5