Система электронного зажигания Советский патент 1981 года по МПК F02P3/06 

(54) СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ

Изобретение относится к автомобилестроению, и в частности к системам зажигания для двигателей внутрен него сгорания для созда°ния искры во пламенения рабочей смеси. Известны транзисторные системы зажигания, содержащие усилительный элемент на транзисторе, включенный между контактами прерывателя и пер-, вичной обмоткой катушки зажигания fl Наличие усилителя в такой системе позволяет разгрузить по току контакты прерывателя и существенно прод лить срок -ИХ службы. С другой стороны/ нейдеальность транзисторного ключа с точки зрения падения напряжения при больших токах в первичной обмотке приводит к снижению КПД устройства. Как правило, в транзисторной системе зажигания применяют специально разработанные для них катушки, отличающиеся уменьшенной индуктивностью первичной обмотки, повышенным коэффициентом трансформации и работающие при увеличенных зна чениях тока разрыва. Известны также конденсаторные сие темы зажигания, которые содержат пре образователь постоянного напряжения, накопительный конденсатор, последовательно соединенный с первичной обмоткой катушки зажигания, разрядный тиристор. Подключение конденсатора осуществляется с помощью тиристора к первичной обмотке катушки зажигания. Контакты прерывателя через блок управления синхронизируют работу тиристора. Высокое напряжение для заряда конденсатора получают либо на преобразователе с выпрямителем, либо на ненасыщающемся дросселе pj. Преобразователь в таких устройствах на время включенного состояния тиристора рабоает со срывом колебательного процесса, что делает его режим более тяже.пым и энергетически опасным из-за возникновения импульсных перегрузок по току. Целью изобретения является повышение, надежности и стабильности паргметров искрообразования. Поставленная цель достигается тем, что в систему электронного зажигания, содержащую преобразователь постоянного напряжения накопительный конденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой катушки, разрядный тиристор, вход которого соединен с датчиком прерывателя, введен стабилизирующий транзистор, база и коллектор которого через соответствующие резисторы подключены к положительной шине высокого напряжения, эмиттер - к накопительному конденсатору, через параллельно включенные диод и конденсатор к аноду разрядного тиристора, к базе стабилизирукйцего транзистора и через стабилитрон к отрицательной шине высокого напряжения.

Таким образом, стабилизация напряжения на конденсаторе осуществляется не в цепи первичного питания за счет коммутации коэффициента трансформации, а в цепи высокого напряжения после преобразователя, т.е. непосредственно в цепи заряда емкости. Запирание зарядной цепи на время искрообразования существенно поднимает КПД системы и осуществляется автоматически без выработки специешьного сигнала за счет разрядного тока емкости. Запирание зарядной цепи происходит также при достижении напряжения на конденсаторю значения, равного напряжению стабилизации. Применение высоковольтной, в цепи базы транзистора, параметрической стабилизации напряжения исключает применение усилителей, снижающих помеходащищенность устройства и значительно превосходит по коэффициенту стабилизации коммутатор, изменяющий коэффициент трансформации и связанный с ключом зажигания. При снижении напряжения бортовой сети напряжение на выходе преобразователя также пропорционально уменьшается (режим стартера), что приводит к увеличению времени заряда емкости и снижению частоты искрообразования, но не уменьшению напряжения на конденсаторе - при этом обеспечивается сохранение параметров искрообразования. Снижение же частоты искрообразования не является существенным, так как уменьшение напряжения происходит в режиме запуска двигателя, когда превышение выше нормы числа оборотов нежелательно. Управление тиристором в устройстве осуществляется непосредственно от датчика прерывателя через устройство управления, формирующее импульс необходимой мощности и длительности.

На фиг.1 приведена схема электронного зажигания; на фиг.2 - осцилограммы тока и напряжения в первичной обмотке катушки зажигания/ на фиг.З - осцилограммы напряжения на накопительном конденсаторе при различных значениях напряжения питания; на фиг.4 - осцилограк Ф: напряжения на коллег-:торе стабилизирукйцего транзистора при различных напряжениях питания (цифрами 18-22 обозначены моменты времени при цикле искрообразования и восстановления напряжения) .

Система электронного зажигания содержит преобразователь 1 с выпрямителем и конденсатором 2 на выходе. Шины 3 являются шинами первичного низкого напряжения бортовой сети, а шины 4 и 5 - соответственно выходными 5 шинами положительной и отрицательной полярности высокого напряжения. К положительной шине 4 высокого напряжения через резисторы б и 7 подключены соответственно коллектор и

0 база стабилизирующего транзистора 8. Кроме этого, база транзистора 8 подключена к катоду стабилитрона 9 и аноду разрядного тиристора 10, а анод стабилитрона 9 и катод разрядного тиристора 10 подключены к отрицательной шине 5 высокого напряжения. Между базой и эмиттером транзистора 8 подключены конденсатор 11 и диод 12, а между эмиттером транзистора 8

Q и отрицательной шиной 5 подключен диод 13. Первичная обмотка катушки 14 зажигания одним концом подключена через накопительный конденсатор 15 к эмиттеру транзистора 8, а другим к отрицательной шине 5 высокого напряжения. Управляющий электрод тиристора 10 через блок 16 управления подключен к шине 17 датчика искрообразования прерывателя).

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения бортовой сети на шины 3 преобразователя последний возбуждается, и на выходных

5 шинах 4j . 5 выпрямителя образуется постоянное высокое напряжение. Нако- пительный конденсатор 15 заряжается через резисторы б и 7, открытый транзистор 8 и первичную обмотку катушки 14 зажигания. Пока напряжение на конденсаторе 15 не достигло напряжения стабилизации стабилитрона 9, последний закрыт, и постоянная времени заряда практически определяется про, изведением величины резистора б и конденсатора 15. При этом считается, что величина сопротивления резистора 7 значительно превосходит величину сопротивления резистора б. Когда напряжение на конденсаторе 15 становится равным напряжению стабилизации

стабилитрона 9,последний открывается, и прекращается дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе 15. Ток, протекающий через резистор 7, переключается из базы транзистора 8 в цепь стабилитрона 9, транзистор 8 закрывается настолько, чтобы удержать напряжение на конденсаторе 15 и компенсировать имеквдиеся токи утечки

через диоды 12 и 13 и тиристор 10. Стабилитрон 9 входит в режим стабилизации напряжения на базе транзистора 8, а следовательно, и напряжения, до которого заряжается конденсатор 15.

При подаче управляющего сигнала от датчика прерывателя (момент времени 18 фиг.2,3 и 4) последний чере блок 16 управления поступает на тиристор 10 и включает его, конденсатор 15 теперь перезаряжается через диод 12, тиристор 10, обмотку. 14 катушки зажигания. Ток а (фиг.2) перезаряда, проходя через диод 12,. подключенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора 8, образуе на нем падение напряжения, запирающее транзистор 8, отключая тем самым зарядную цепь от конденсатора 15 на время действия полуволны тока (от момента времени 18 до момента времени 19 (фиг.2)). Заряженный до напряжения стабилизации U конденсатор 15 подключается через открытые тиристор 10 и диод 12 к первичной обмотке катушки 14 зажигания, трансформируя его в импульс высокого напряжения, которое через распределитель поступает на свечи зажигания и вызывает воспламенение рабоче смеси. Конденсатор 15 перезаряжается и в момент времени 19 (фиг.2) напряжение на первичной обмотке достигает максимальной величины обратной полярности (правая по фиг.1 обкладка приобретает положительную полярность, относительно левой). К этому времени управляющее напряжени на тиристоре 10 снято. При следующе полуволне тока (моменты времени 1920) конденсатор 15 перезаряжается через диод 13 и обмотку 14 до первоначальной полярности напряжения (на правой обкладке минус). Эта стадия восстановления напряжения на конденсаторе 15 и катушке 14 также протекает при закрытом транзисторе 8 за счет накопленного заряда на конденсаторе 11 при первой полуволне тока (время 18-19 фиг.2). Таким образом, цепь заряда конденсатора 15 через транзистор 8 закрыта на первой по-. луволне тока за счет падения напряжения на диоде 12, приложенного между переходом эмиттер-база транзистора 8, а на второй полуволне тока - за . счет сохраняющегося напряжения на конденсаторе 11.

Только после того, как часть энергии накатушке 14 возвратится в конденсатор 15 и окончится разряд запирающей полярности напряжения на конденсаторе 11, транзистор 8 открывается до насыщения за счет базового тока, протекающего через резистор 7, дальнейший процесс заряда конденсатора 15 продолжится до напряжения стабилизации (с момента 20.фиг.3). Отрицательный импульс напряжения на конденсаторе 15 (фиг.З) соответствует положительной полуволне напряжения на катушке 14 (фиг.2), а положительное значение напряжения на конденсаторе 15 в момент времени 20

(фиг.З-) соответствует в зто же время значению напряжения на катушке 14 (фиг.2).

Рассмотрим теперь работу устройства при изменений напряжения питания (на шинах 3 фйг.1). Пусть напряжение бортовой сети на шинах 3 таково, что выходное напряжение н шинах. 4 и 5 (фиг.1) равно напряжению стабилизации (J (случай а фиг.З и 4). Случай а соответствует режиму стартера 10когда напряжение батареи существенно ниже номинального. После окончания процесса искрообразования (момент времени 20} напряжение на конденсаторе 15 составляет некоторую часть (на фиг.З и 4 оно равно 1/3 )

15 от напряжения стабилизации . за счет возврата энергии колебательного контура, образованного первичной обмоткой катушки 14 зажигания и конденсатором 15. С этой величины, пос0ле открытия до насыщения транзистора 8, напряжение на конденсаторе 15 продолжает возрастать по экспоненте с .постоянной времени, определяемой, в основном, величинами резистора 6 и

5 конденсатора 15. По такому же закону .возрастает и напряжение на коллекторе транзистора 8, стремясь к значению напряжения стабилизации (кривые а на фиг.З и 4).

0

Рассмотрим теперь случай б - промежуточный между минимальным (случай а) напряжением батареи и номинальным его значением (случай в). Этот случай характерен для режима,

5 когда обороты двигателя еще не обеспечивают достаточного напряжения генератора для выхода на номинальный режим. При этом, напряжение на конденсаторе 15 заряжается до напряжения стабилизации (случай б

0 момент времени 22 на фиг.З) через резистор б и открытый транзистор 8 с той же постоянной времени, что и в случае а. Но время заряда меньше, так как предельное значение, к кото5рому стремится напряжейие (пунктирная линия от момента времени 22 на фиг.4) выше. Время заряда определяется по точке пересечения экпоненты с горизонтальной линией напряжения

0 стабилизации U.. При достижении напряжения на конденсаторе 15 значения напряжения стабилизации транзистор 8 закроется, и напряжение на его коллекторе резко поднимается до зна5чения выходного напряжения преобразователя 1 на линии 4. Ток, как и ранее, протекающий через резистор 7, переключается на базы транзистора в цепь стабилитрона 9. Уменьшение времени заряда в случае б обеспечивает

О режим средних оборотов-двигателя при сохранении параметров искры воспламенения рабочей смеси.

Режим в характерен для случая номинального напряжения бортовой сети.

5 его меньшим временем заряда конденсатора 15 и соответствует режиму, при котором частота искрообразования может быть максимальной. Но, как и в предыдущем случае б при достижении напряжения на конденсаторе 15 зн чения напряжения стабилизации, транзистор 8 закрывается, и схема перехо дит в режим малого потребления энергии. Ток от преобразователя 1 расходуется только для удержания напряжения на конденсаторе 15 после стадии искрообразования и частичного восстановления напряжения за счет неизрасходованной магнитной энергии катушки 14. Таким образом при увеличении питающего напряже ия бортовой сети возрастает и выходное напряжение на выходе преобразователя 1 с выпрямителем, за счет чего сокращается время заряда конденсатора 15 и соответственно возрастает допустимая час тота искрообразования, предотвращая тем самым чрезмерное увеличение оборотов двигателя при переходе от режима стартера до режима выхода на номинальное напряжение бортовой сети. В предлагаемой системе электронного зажигания не требуется производить каких-либо коммутаций обмоток в трансформаторе преобразователя, по воляющих только частично компенсировать изменения первичного напряжения, бортовой сети. Стабилизация напряжения заряда конденсатора без применения чувствительных усилителей делает систему помехозащищенной к внешним источникам и к пульсации напряжения питания. Обеспечение авто матического запирания цепи заряда ко денсатора от преобразователя на время искрообразования и восстановления напряжения из контура повышает надежность и экономичность (КПД) системы. Запирание цепи заряда осуществляется током разряда накопительного конденсатора, протекающего через диод, включенный параллельно переходу база-эмиттер проходного транзистора. Поэтому отпадает необходимость в специальном формирователе сигнала запирания и выработки самого сигнала управления запиранием зарядной цепи. Формула изобретения Система электронного зажигания, содержащая преобразователь постоянного напряжения, накопительный-конденсатор, соединенный последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания, разрядный тиристор, вход которого соединен с датчиком прерывателем, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и стабильности параметров искрообр.зования, введет стабилизирующий транзистор, база и коллектор которого через соответствующие резисторы подключены к положительной шине высокого напряжения, эмиттер - к накопительному конденсатору, через параллельно включенные диод и конден- сатор к аноду разрядного тиристора, к базе стабилизирующего транзистора и через стабилитрон к отрицательной .шине высокого напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3216408,кл.123-148, опублик.1964.. 2.Патент США № 3302629, кл. 123-148, опублик. 1967.

Время.