Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02P5/08 

Изобретение относится к системам зажигания и может найти применение в электрооборудовании двигателей внутреннего сгорания.

Известны бесконта $тные системы зажигания с электронным регулированием угла опережения зажигания. Такие системы содержат накопительную цепь с управляющим ключем, бесконтактный датчик, синхронизирующий работу системы зажигания, и схему регулирования угла опережения зажигания, включенную между датчиком и ключевым элементом l1.

Такие регуляторы опережения за,жигания бесконтактных систем сложны, громоздки практически не поддаются минимизации путем применения интегральных схем, недостаточно надежны и точны, .так как при построении схем используются аналоговые методы слежения за числом оборотов двигателя.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система зажигания двигateлeй внутреннего сгорания, содержащая ротор, бесконтактный датчик, генератор тактовых импульсов, преобразователь частоты, элемент совпадений, схему запрета, реверсивный счетчик, дешифратор, электро)ный выключатель и ка,Q тушку зажигания Г21.

Однако известное устройство зажигания имеет недостаточную точность установки угла опережения зажигания, что снижает надежность работы.

Целью изобретения является повышение надежности в работе за счет увеличения точности установки угла опережения зажигания.

Указанная цель достигается тем,

20 что в бесконт актную систему зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащую ротор, бесконтактный датчик,генератор тактовых им397пульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преобразователя частоты, элемент совпадений, подключенный вторым входом к выходу преобразователя частоты, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу элемента совпадений, а вычитающий вход - к вы- ю ходу схемы запрета, дешифратор, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к устано вочному входу реверсивного счетчика, управляющему входу схемы запрета и первому входу элемента совпадет НИИ, одновибратор, вход которого подключен к выходу дешифратора, электронный выключатель, подключенный входом к выходу одновибратора, .и катушку 1зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, введен формирователь сигналов, соединенный первым входом с выходом бесконтактного датчика, вторым входом с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета. Формирователь сигналов содержит инвертор и первый компаратор, входы которых соединены между собой и являются первым входом формирователя сигналов, второй компаратор, подключенный входом к выходу инвертора, делитель частоты, первый, второй, третий и четвертый элементы совпадений, первый реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента совпадений, вычитающий вход - к выходу второго элемента совпадений, второй реверсивный счетчик, подключенный суммирующим вхо дом к выходу третьего элемента совпадений, вычитаюи им входом - к выходу четвертого элемента совпадений, дешифратор , соединенный первой группой входов с первым реверсивным счетчиком, второй группой входов - с вторым реверсивным счетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого сое динен с выходом дешифратора, выход ко торого является выходом формирователя сигналов, выход второго компаратора подключен к вторым входам первого и четвертого элементов совпаде- , . НИИ и первому установочному входу синхронного триггера, выход первого компаратора подключен к вторым входам второго и третьего элементов совпадений, а также к второму установочному входу синхронного триггера, выход делителя частоты подключен к первым входам первого и третьего элементов совпадений, вход делителя частоты соединен с первыми входами второго и четвертого элементов совпадений и является вторым входом формирователя сигналов. На фиг о 1 приведена структурная схема бесконтактной системы зажигания; на фйГо 2 - то же, формирователь сигналовf на фиг„ 3 временные диаграммы, поясня14цив работу формирователя сигналов; -на фиг. k - требуемая зависимость угла опережения зажигания от числа оборотов .двигателя} на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие общую работу устройства зажигания; на .фиг 6 - то же, поясняющие возникновение погрешностей при работе известной системы, .. Бесконтактная система зажигания содержит ротор 1, бесконтактный датчик 2, формиройатель 3 сигналов, преобразователь 4 частоты , генератор 5 тактовых импульсов, схему 6 запрета, элемент 7 совпадений, реверсивной счетчик 8, дешифратор 9, одновибратор 10, электронный выключатель 11,, ка-, тушку. 12 зажигания, инвертор 13 компараторы Н и 15, делитель 16 частоты, элементы совпадений, рёвер сивные счетчики .21 и 22 дешифратор 23 и синхронный триггер 2, ... Бесконтактный датчик 2 подключен непосредственно к первому компаратору 15 и через инвертор 13 к второму компаратору Т, выход которого подключен к вторым входам элементов 17 и 20 совпадений, а также к пе|эвому установочному входу синхронного триггера 2k, Выход компаратора 15 подключен к вторымвходам элементов IS и 19 совпадений, а также - к второму установочному входу синхронного триггера.2А, Выход элемента 17 совпадений подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 21, вычитающий вход которого подключен к выходу элемента 18 совпадений. Группа выходов реверсивного счетчика 21 подключена к первой группе входов дешифратора 23, Выход элемента 19 совпадений подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 22, вычитающий вход которого подключен к выходу элемента 20 совпадений. Гру па выходов реверсивного счетчика 22 подключена к второй группе входов де шифратора 23. Выход дешифратора 23 подключен к синхронизирующему входу синхронного триггера 2. Выход генератора 5 тактовых импульсов подключен к делителю 16 частоты, первому входу элемента 18 совпадений, первому, входу элемента 20 совпадений, сигнальному 1входу схемы 6 запрета и через делитель k частоты - к второму входу элемента 7 совпадений. Выход синхронного триггера 2 подключен к управляющему входу схемы 6 запрета, первому входу схемы 7 совпадений, установочному входу реверсивного счетчика 8 и управляющему входу дешифратора 9. Выход дешифратора 9 подключен через одновибратор Ю к входу электронного .выключателя 11, выход которого подключен к входу катушки 12 зажигания Система зажигания работает следую щим образом. Ротор 1 механически связан с валом двигателя внутреннего сгорания и представляет собой диск с вырезанными окнами. Окна вырезаны таким образом, что размер окна соответствует максимальному углу опережения зажигания. Число окон соответствует числу цилиндров двигателя, В зоне окна датчик открыт, в противоположном слу чае перекрыт ротором 1, Формировател 3 сигналов, непосредственно связанный с датчиком 2, предназначен для формирования импульсов длительностью соответствующей времени перекрытия датчика 2 ротором 1, На фиг. За приведена кривая напря жения на выходе фотодатчика, а на фиг, 36 - кривая напряжения на выходе индукционного датчика. Наиболее часто применяемые конструкции датчиков, таковы j что нахождение границы окна ротора напротив середины геометрических размеров датчика соответствует середине переходного процесса в датчике. Необходимо найти эту середину. Если HP выходе фотодатчика поставить емкость, форма выходного напряжения будет соответствовать напряжению на выходе индукцио ного датчика (фиг о 36). Таким образо в качестве входного сигнала для формирователя 3 сигналов будем рассматривать сигнал, изображенный на фиг.36. В формирователе 3 сигналов прямой и инвертированный сиТнал с датчика подается на компараторы 14 и 15, на выходах которых появляются прямоугольные импульсы (фиг. Зг, д). На выходе делителя 1б частоты частота импульсов будет в два раза меньше, чем частота импульсов f на выходе генератора 5 тактовых импульсов. Импульс, появившийся на выходе компаратора 1, заполняется при помощи элемента 17 совпадений импульсами частотой f/.. Число импульсов, появившихся на выходе элемента 17 совпадений, подсчитывается реверсивным счетчиком 21. Импульс, появившийся на выходе компаратора V5} так же заполняется при помощи элемента 19 совпадений импульсами частотой f/.. Число импульсов, появившихся на выходе элемента 19 совпадений, подсчитывается реверсивным счетчиком 22, Таким образом в реверсивных счетчиках 21 и 22 хранятся значения длительностей импульсов на выходах компараторов и 15. Одновременно импульс с выхода компаратора 1Д подается на вход-элемента 20 совпадений, позволяя тем самым тактовым импульсам частотой f проходить на вычитающий вход реверсивного счетчика 22, в котором содержится число импульсов, соответствующее длительности импульса, появившегося в предшествующий момент на выходе компаратора ТЗо Если длительность импульсов на выходах компараторов одинакова, и скорость вращения ротора 1 не изменилась за время между импульсами,, в момент времени, соответствующий середине импульса на выходе компаратора Т, реверсивный счетчик 22 обнулится и на быходе дешифратора 23 появится импульс (фиг. Зк), Импульс, появившийся на выходе компаратора 15 (фиг. Зг), поступает на вход элемента 18 совпадений, позволяя тактовым импульсам частотой f проходить на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 (фиг, Зе, и). При соблюдении перечисленных ранее условий, в момент времени, соответствующий середине импульса, реверсивный счетчик 21 обнулится и на выходе дешифратора появится импульс (фиг. Зк). На выходе синхронного триггера 2 будут

формировать.ся импульсы, изображенны на фиг„ 3л и SB,

На фиг, k представлена функцио нальная зависимость угла опережения зажигания fb от числа оборотов двигателя п. На наклонном участке кривой справедливо соотношение

п-п .xl.

где h, и Hj - числа оборотов, соответствующие началу и концу наклонного участка (фиг, k). ,

Если импульс на одновибратор 10 поступает сразу с подходом окна, это соответствует максимальному углу опережения зажигания р При чис.ле оборотов, меньше nj, сигнал на зажигание должен подаваться с некоторой задержкой (фиг. 5)

max-Р. (2)

Из выражений (1) и (2) cfteAyfet,

что

()-)

Число-импульсов N.J, которое поступает на суммирущий вход реверсивного счетчика 8 за время повьрота ротора 1 на угол оС (зона перекрыл 1ТИЯ, фиг. 5г), определяется из выражения

Г 0 1

м .

f-К 1 6п

m,o6 rpoiA,(4)

где к - коэффициент пересчета преобразователя k частоты.

Число импульсов, поступивших на вычитающий вход реверсивного счетчика 8 За время поворота ротора 1 на угол (зод, определяется из выражения

f f

1 ьlг/ r «x-И- -rn7

(;

Найдя n из выражения С) и подставив его в выражение (5) получим что

, 1 V. 1

n -nJ-Vb

(b)

По -n

Выберем коэффициент пересчета k преобразователя частоты t таким, чтобы ВЫПОЛНЯЛОСЬ-равенство

(-)-.и,

Из этого равенства следует, что oL

(в)

К ft h i

I moix nj-nj Введем .обозначение

jL. q

Ь j-n

где X - константа,зашитая в дешифраторе 9.

Выражение С 6 ) с учетом выражении (7) и (9) перепишется таким образом

N или .

Выражение ПО) реализует реверсивный счетчик О, Разрядность R реверсивного счр.тчика 8 определяется из

выражения

ftil f-K:

Ьп

На выходе дешифратора 9 появляется импульс:

а)в момент, соответствующий приходу окна, если в этот момент содержимое реверсивного счетчика 8 меньше X}

б)в момент, когда при обратном счете содержимое счетчика X;.

в)в момент окончания окна, если счетчик 8 переполнится при суммировании.

Одновибратор 10 вырабатывает импульс определенной длительности (фиг, 5д). На фиг, 5е представлена временная диаграмма тока в первичной обмотке катушки 12 зажигания. Можно применить одновибратор, управляемый дешифратором.

Частота f генератора тактовых импульсов выбирается, исходя из требуемой точности установки угла опережения зажигания

Бесконтактные системы зажигания не нашли широкого применения из-за трудности практической реализации вследствие больших требований к датчикам.

Рассмотрим наиболее легко реализуемую конструкцию: диаметр ротора

порядка 70 мм, максимальный угол опережения зажигания 15°, поперечный диаметра датчика 3 мм, В этом случае длительность переходного процесса в датчике (длительности фронтов) будет порядка 30 по отношению к угловым размерам окон ротора.

В случае применения фотодатчиков основную погрешность вносит изменение интенсивности излучающего элемента из-за его загрязнения На фиг, 6а представлены две кривые. Крвая 1 соответствует напряжению на выходе фотодатчика в исходном состоянии; кривая 2 - при загрязненных элементах. Как видно из фиг„ 6а, ошибка в установке угла опеоежения зажигания составляет ориентировочно

Примерно такого же порядка будет ошибка при применении индукционных датчиков (фиг, 6б). В этом случае амплитуда выходных импульсов датчика сильно зависит от числа оборотов.

Вычисление середины переходного процесса в датчике позволяет значительно снизить требования к конструкции датчиков и ротора при заданой точности установки угла опережения зажигания.

Погрешность в установке угла one.режения зажигания из-за изменения скорости вращения за время между переходными процессами мезначительна и будет уменьшаться с увеличением числа цилиндров.

Таким образом, введение формирователя сигналов, состоящего из инвертора, двух компараторов, четырех блоков совпадений, двух реверсивных счетчиков, дешифратора и синхронного триггера, позволяет при данной конструкции ротора и датчика значительно повысить точность установки, угла опережения зажигания.

формула изобретения

1. Бесконтактная система зажигания для двигателей внутреннего сгорания, содержащая ротор, бесконтактный датчик, генератор тактовых импульсов, преобразователь частоты, схему запрета, сигнальный вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и входу преобразователя частоты, элемент совпадений, подключенный вторым входом к выходу преобразователя частоты, реверсивный счетчик, суммирующий вход -которого подключен нч выходу элемента совпадений, а вычитающий вход к выходу схемы запрета, дешифратор, первая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, управляющий вход подключен к

установочному входу реверсивного счетчика, к управляющему входу схемы запрета и первому входу элемента совпадений, одновйбратор, вход которого подключен к выходу дешифратора, электронный выключатель, подключенный входом к выходу одновибратора, и катушку зажигания, вход которой подключен к выходу электронного выключателя, отличающая с я тем, что; с целью повышения надежности в работе за счет увеличения точности установки угла опережения зажигания, в нее введен формирователь сигналов, соединенный первым

входом с выходом бесконтактного датчика, вторым входом - с выходом генератора тактовых импульсов, выход формирователя сигналов подключен к управляющему входу схемы запрета.

2. Система по п„ 1, отличающаяся тем, что формироаатель сигналов содержит инвертор и первый компаратор, входы которых соединены между собой и являются первым входом формирователя сигналов, второй компаратор, подключенный входом к выхо-, ,ду инвертора, делитель частоты, первый, второй, третий и четвертый, элементы совпадений, первый реверсивный счетчик, суммирующий вход которого подключен к выходу первого элемента совпадений, вычитающий вход - к выходу второго, элемента совпадений, вто- рой реверсивный счетчик, подключен. ный суммирую1чим входом к выходу третьего элемента совпадений, вычитающим входом - к выходу четвертого элемента совпадений, дешифратор, соединенный первой группой входов с первым реверсивным счетчиком, второй группой входов - с вторым реверсивным счетчиком, синхронный триггер, синхронный вход которого соединен с выходом дешифратора, выход которого является выходом формирователя сигналов, выход второго компаратора подключен X вторым входам первого и .четверто- г го элементов совпадений и первому 11976 установочному входу синхронного триггера, выход первого компаратора подключен к вторым входам второго и третьего элементов совпадений, а также к второму; установочному входу синх- . ронного триггера, выход делителя чач стоты подключен к первым входам первого и т0етьего элементов совпадений, вход делителя частоты соединен с первыми входами второго и четверто12Го элементов .совпадений и является вторым входом (|юрмирователя сигналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Глезер Г.Н.,: Опарин И.М, Автомобильные электронные системы зажигания. М., Машиностроение, 1977. 2.Заявка ФРГ ff 23627U, кл. F 02 Р 5/Ofi, опублик, II.10.76 (прототип).

N

--Ш

- JIJIJV--JUIJUU

Ц

онй nifMKpbfmuf

01/г. S

Зона окна

J L

н

Лза9 Шг-ЛЛШШЛЯ

V

(Риг. 6